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1、课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:自动化工程学院班 级:测控091题 目:交通信号灯的自动控制指导教师： 职称: 2011 年 7 月 13 日引言： 随着城市人口的增多和汽车的增加，城市交通问题日益突出。在许多大城市，由于过量的汽车，经常导致交通阻塞，交通事故频繁。交通问题已经给城市社会经济发展带来了严重影响。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。同时也随着城市机动车量的不断增加，相对于道路网的承载力来说，汽车数
2、量过多，诱发了交通阻塞问题。从某种程度上说，交通阻塞是汽车社会的产物。在人们上下班的高峰期，交通阻塞现象尤为明显，在很多大城市中心区，高峰期交通速度仅有每小时16km。交通阻塞导致时间和能源的严重浪费，影响城市经济的效率。大城市圈内的汽车道路还在继续建设，汽车数量也进一步增加，道路的建设和汽车的增加有可能形成恶性循环，导致更为严重的交通阻塞。许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，交通事故是许多大城市存在的日趋严重的问题。实际上，还有大量非致命交通事故。交通事故不但导致了对贵重医疗设施需求的增加，而且使受伤者痛苦不堪。据统计，仅1978年，美国就有52 653人死于机动车事故
3、。因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。而数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行
4、为的认知和验证。所以我们可以利用数字电子技术改善我们的城市交通问题，为此，本次设计完成的就是交通灯设计。目录1.设计任务32.课设要求以及主要内容33.总体设计34.模块设计4 4.1 555秒脉冲模块设计4 4.2 控制单元设计44.2.1 4 秒定时电路 54.2.2 6 秒定时电路 54.2.3 25秒定时电路64.2.4 JK时序电路74.2.5 时序信号 85.元器件清单 96.系统完整电路图107.心得体会118.参考文献 12交通灯的自动控制1 .设计任务设计一个十字路口交通信号灯自动控制电路。2 .课设要求以及主要内容1) 通常情况下，大道绿灯亮，人行道红灯亮。2) 若人行道来
5、人，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，人行道由红灯变为绿灯。3) 人行道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒钟后自动由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。4) 如果人行道在绿灯亮时，且人行道绿灯亮的时间还没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆车在等候，那么人行道应立即由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。3 .总体设计首先由一个555发生产生一个秒脉冲，提供时钟信号，然后经过控制单元处理以后输出给信号灯。4 .模块设计 4.1 555秒脉冲模块设计图1为秒脉冲信号，产生秒信号的电路有多种形式，如图2 是利用5
6、55 定时器组成的秒信号发生器。当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，输出为高电平，并开始经电阻R向电容C充电。当充到输入电压为V1=Vt+时，输入跳变为低电平，电容C又经过电阻R开始放电。当放电至V1=Vt-时，输出电位又跳变成高电平，电容C重新开始充电如此周而复始，电路便不停地振荡。V1和Vo的电压波形如图3所示。因为该电路输出脉冲的周期为T0.7（R1+2R2）C。若T=1S，令C=10，R1=39K，则。取固定电阻与的电位器相串联代替电阻R2。在调试电路时，调试电位器RP，使输出脉冲为1s。图1 秒脉冲信号 图 图 2 555秒脉冲发生器 图3 555秒脉冲发生器该发生器每秒发生一
7、个高电平和低电平，周而复始的进行。4.2 控制单元设计 421 4秒定时电路 图4 4S定时器 在这个装置中使用同步清零法实现定时4S的发生器。其构成原理为把QC与LDN相连ABCD同时置零，让它的预置数为零。输入的时钟信号是由555定时电路提供。当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0100时该计数器立即清零，这样就实现了4S计时。 图5 4S定时器时序信号该图为4S定时发生器的时序图，从上图可知：仿真波形和上面的秒数差了0.5秒时因为，CLK_1HZ波形刚开始是半个周期就有一个高电平的缘故。以下时序图也如此。422 6秒定时电路 图6 6秒定时器在这个装置中使用同步清零法实现
8、定时6S的发生器。其构成原理为把QBQC于LDN相连ABCD同时置零，让它的预置数为零。输入的时钟信号是由555定时电路提供。当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0110时该计数器立即清零，这样就实现了6S计时。 图7 6秒定时器时序信号该图为6S定时器的时序图。在第六秒的时候有一个高电平输出。423 25秒定时电路 图8 25秒定时器该装置是实现25S定时电路，采用整体置数方式使实现25进制同步计数电路。其工作原理在第一片161每接受一个时钟信号使其开始记一个数，当第16个时钟信号来时第一片信号RCO输出为1，此时第二片芯片ENT和ENP接受了一个高电平，这时开始计数工作，记
9、一个数QA输出为1其他QBQCQD输出为0。此时输出为0001。再来9个时钟信号时第一片芯片记9个数此时输出为1001，这时在电路上再接一个与非门作为LDN的反馈电平，此时LDN输入为低电平，整体实现同步置零。 图9 25S秒定时器时序信号该图为25定时发生器的时序图。在第25S有一个高电平输出。424 JK时序电路 图10 JK时序电路该时序电路就是把当前的状态锁存起来，使接受的时钟信号在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。在这里可以利用该性质使时间发生延时，这样就可以实现使每个信号灯维持一定的时间等下一个时间信号输入时才发生改变，紧接着该信号维持所设计的时间再
10、等下一个信号来时才发生改变，着样周而复始的进行下去。例如若要实现以下的功能小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。我们就可以让黄绿灯信号在时序电路中存储6秒，接着一个黄灯信号输入时时序电路中的绿灯信号变为黄灯信号并在时序电路中维持4秒。等红灯信号来时黄灯信号消失，此时输出为红灯信号，这样就使红灯信号输出为高电平，交通灯显示为红灯，这样就可以实现以上的要去。以下为JK锁存电路的功能表。其中T1,T2,T3分别为4秒，6秒，25秒定时器的溢出信号，S为传感器,Q2,Q1,Q0分别为3个JK触发器输出端口信号。该时序电路的驱动方程：J2=T3*Q
11、1*Q0 K2=0 J1=T2*Q2Q0 K=(T1*Q2*Q0)J0=S*Q2Q1+T1Q2Q1 K=0特征方程QN+1=JQ+KQ状态方程为Q2N+1=T3QQ1Q0Q1N+1=T2Q2Q1Q0+T1Q2Q1Q0Q0N+1=S*Q2Q1Q0+T1Q2Q1Q0=(SQ2Q1+T1Q2Q1)Q0T1T2T3MSQ2Q1Q0Q2N+1Q1N+1Q0N+1XXXX1000001X1XXX0010101XXXX010011XXX1X011000.XX1XX0111001XXXX100000425 时序信号 图11 JK时序信号1.开始的状态为：大道绿灯亮，小道红灯亮；2.前6S时大道的绿灯输入信号为高电平，状态为亮，而红，黄灯输入信号为低电平，状态为暗；小道的红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，红灯输入信号为低电平，状态为暗。3.在后来的4S中大道的黄输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红输入信号为低电平，状态为暗；此时小道还是原来的状态。4.在后面的25S钟里大道红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，绿灯输入信号为低电平，状态为暗；小道在时间内绿灯输入信号为高电平，而黄，红灯的输入信号为低电平状态为暗。在25结束后小道的黄灯的输入
