交通信号机实验总结报告

电子电路实验3

实验总结报告

题目名称：多功能交通信号机

学生姓名：

学号：

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指导教师：王革思

验收日期：2016年3月24日

电工电子实验教学中心制

摘要

交通信号机是现代城市交通系统的重要组成之一，主要用于城市道路交通信号的控制与管理。道路上常见的交通信号机有感应控制，定周期控制，多时段控制，单点优化控制等多种功能。本次实验所设计的交通信号机是道路上信号机的简化版，它主要有自动/手动工作方式、夜间服务（黄闪）、绿闪控制、时间设置、时间显示等功能，是集信号灯控制及时间显示功能于一体的交通信号机。

本次实验的设计过程是，根据功能和技术指标要求，采用自上而下的设计方法，从整个系统功能出发，进行最上层的系统设计，然后逐级向下完成若干个模块（单元）电路设计。首先完成信号灯控制器和时间显示器的电路结构设计；其次，进行信号灯控制器的电路设计，包括周期信号产生电路、信号灯指示电路、脉冲信号产生电路、时间设置电路和时钟信号产生电路五个部分，设计完成后利用Multisim仿真软件进行各个部分的仿真验证，最后进行整体电路的仿真验证，证明了信号灯控制器的合理性和可行性；然后，完成时间显示器的设计，包括时间测量电路、置数电路、复位电路、倒计时器和动态扫描译码电路五个部分，设计完成后利用Quartus II仿真软件进行各个部分的仿真验证，最后进行整体电路的仿真验证，证明了时间显示器的合理性和可行性。

设计完成之后，进行电路的安装和调试。同样采用自上而下的方式，首先，安装并调试每个子系统对应的单元电路；然后，逐渐扩大将几个单元电路进行联调；最后，进行整机调试。当实现了设计的功能目的，表示实验成功。

从功能及技术性能测试结果来看，该交通信号机的已经达到设计要求。

目录

第1章系统总体方案设计 (1)

1.1题目简介 (1)

1.2功能及技术性能指标要求 (1)

1.3信号灯控制器电路结构及工作原理 (2)

1.4时间显示器电路结构及工作原理 (3)

第2章信号灯控制器设计与仿真 (4)

2.1周期信号产生电路 (4)

2.2信号灯指示电路 (8)

2.3脉冲信号产生电路 (8)

2.4时间设置电路 (8)

2.5时钟信号产生电路 (8)

2.6信号灯控制器整体电路 (8)

第3章时间显示器设计与仿真 (8)

3.1时间测量电路 (8)

3.2置数电路 (8)

3.3复位电路 (8)

3.4倒计时器 (8)

3.5动态扫描译码电路 (8)

3.6顺序脉冲发生器 (8)

3.7时间显示器整体电路 (8)

第4章系统硬件电路测试 (12)

4.1信号灯控制器 (12)

4.1.1时钟信号产生电路 (8)

4.1.2手动脉冲信号产生电路 (8)

4.1.3定时器电路 (8)

4.1.4整体电路 (8)

4.2时间显示器 (12)

实验总结 (16)

参考文献 (16)

附录 (17)

附录一信号灯控制器元器件明细表 (17)

附录二信号灯控制器实物照片 (17)

附录三实验日志 (17)

第1章系统总体方案设计

1.1 题目简介

交通信号控制机是现代城市交通系统的重要组成部分，主要用于城市道路交通信号的控制与管理。信号控制机的功能由红绿黄三种颜色的灯显示，红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯表示警示慢行。通过不同颜色的灯发出的信息，指导行人和车辆有序通过交叉路口。

目前，交通信号控制机的控制方式有定时控制、感应控制和自适应控制三种形式。

定时控制：按照预先设定的时间控制方案进行相位信号输出，也称为定周期控制。定时控制又分为两种，单时段控制和多时段控制。单时段控制是指一天内只采用一个时间控制方案。多时段是指一天24小时分成多个时段采用不同的时间控制方案，来适应不同时段的交通状况。最基本的控制方式是单个交叉口的定时控制。

感应控制：在交叉口设置车辆行人感应检测装置，根据检测到的数据，实时的自动调整信号控制参数和时间控制方案。感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制，简称单点控制感应控制。根据感应和战略检测器5分钟的数据，进行交通强度—周期优化。单点感应控制随检测器设置方式的不同可分为半感应控制和全感应控制。

自适应控制：预设一个希望的动态特性指标，如车流量、停车次数、延迟时间、排队长度等。再连续测量交通状况的动态特性数据，将数据和指标进行比较，利用差值来控制交通系统的可调参数，来进行动态特性指标的维持。通过这样的动态调整，无论环境如何变化，均可使控制效果达到最佳。

倒计时显示器是一种城市交通信号的辅助设备，它帮助司机和行人实时了解信号灯的时长，以便做出正确的判断。倒计时显示器具备自动检测交通信号的时间的功能，当时间控制方案改变，能够自动识别其变化，自动采集并记录交通信号周期，并和交通信号灯的显示同步。通过这样的设计，可以减少车辆通过路口的延误时间，提高交通效率。

本次实验将交通信号控制机和倒计时显示器的功能集于一体，以数字集成电路、可编程逻辑器件FPGA为主要器件，设计的是定时控制中的单时段控制交通信号机，具有功能多、时间准确、可靠性强、成本低、操作简单、便于维护等特点。

1.2 功能及技术性能指标要求

多功能交通信号机包括信号灯控制器和时间显示器两部分，它们之间的电路结构相对比较独立。其功能及技术性能指标要求如下：

信号灯控制器：

（1）输出控制回路数：6路，分别控制东西方向和南北方向的红灯、绿灯和黄灯；

（2）信号灯控制方式：自动/手动；

（3）绿灯时间设置：0 s ~ 90 s；

（4）绿闪时间设置：3 s；

（5）黄灯时间设置：2 ~ 3 s；

（6）四面红灯时间设置：2 s；

（7）夜间服务：启动黄灯闪烁。

时间显示器：

（8）测量时间范围：0 s ~ 90 s；

（9）测量误差：≤1 s；

（10）测量方式：自适应；

（11）显示时间范围：99 s ~ 1 s；

（12）显示时间方式：LED数码管，两位，共阳极，动态扫描。

（13）路数：3路（红灯、绿灯和黄灯）。

1.3 信号灯控制器电路结构及工作原理

多功能交通信号机共有八个工作周期，见表1.1。第一个周期为四面红，时间为2 s；第二个周期为东西绿，时间为0 s ~ 90 s；第三个周期为东西绿闪，时间为3 s，第四个周期为东西黄，时间为2 s ~ 3 s ；第五个周期为四面红，时间为2 s；第六个周期为南北绿，时间为0 s ~ 90 s；第七个周期为南北绿闪，时间为3 s，第八个周期为南北黄，时间为2 s ~ 3 s。