交通灯控制系统的实现

交通信号灯控制系统的实现

摘要

随着经济发展、城市人口增加、汽车的普及、交通问题成为各个国家面临的共同问题。而交通信号控制系统则会使整个交通系统的通行能力得到提高，本文将综合概述交通信号系统的设计过程，简明地介绍系统的基本框图，说明ASM图法在系统设计过程中的运用，以及两种实现交通信号控制系统的方法，一种是组合和时序电路的基本模块实现，另一种是用可编程逻辑器件来实现。

关键词：交通信号灯，ASM图法，组合电路，时序电路，编程逻辑器件。Abstract:With the development of economy, the increase of urban population, the popularization of automobiles, the traffic problem is the common problem that every country faces. The traffic signal control system can improve the traffic capacity of the whole system. This paper introduces the design process of the traffic signal system, introduces the basic block diagram of the system, and describes the application of ASM diagram in the system design process.

Key words:Traffic signal lamp, ASM chart method, combined circuit, time sequence circuit, programming logic device.

引言：交通信号灯自问世以来，经历了机电定时控制，继电器控制，到现在计算机控制的发展过程。许多国家投入巨大人力和物力研究智能交通系统，即运用计算机、通信、人工智能、传感器等领域先进的技术，随时对各个交通路口信号进行调整以及对外界进行信息发布，使整个交通系统的通行能力有所提高。一、系统框图

交通灯控制系统框图如图1.1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。由定时器和译码器作为处理单元，秒脉冲发生器做该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

传感器S

图中， TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间

间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开

始下个工作状态的定时。

二、交通信号灯控制系统ASM图

图2是一个十字路口示意图。分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P 分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图2所示。

2.1交通灯控制系统的工作过程：

（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL 时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态，继续循环工作。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的，控制器应送出红、黄、绿灯的控制信号给甲、乙车道。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S2、S3表示，则控制器的工作状态以及功能如表1.1所示：

2.2过程分析

设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。由此得到交通灯的ASM图，如图1.2所示。

三、用典型电路基本模块实现交通控制系统

通过分析交通控制系统的要求可知，系统由传感器、时钟脉冲产生器、定时器、控制单元及译码器构成，传感器S在有车辆通过时发出一个高电平信号。时钟脉冲产生器有石英晶体组成。下面介绍用典型的组合和时序电路模块设计交通信号指示灯控制系统。

3.1设计控制电路单元

状态分配方案有：自然二进制码、格雷码和“一对一”。“一对一”是指一个触发器对应一个状态。现在主要介绍的是采用格雷码进行状态分配的方法设计交通灯控制单元。交通控制单元由4种状态，选用两个D触发器1FF、0FF做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1nQ0n=00状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器Q1nQ0n=01状态。这两种情况与条件YT无关，所以用无关项“×”表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。由此可以列出状态转换表表1.3.

根据表1.3可以推出状态方程和信号转换方程。其状态转换方程如图1.6所示。

5进制转换选择：

25进制转换选择：

可得到以下方程：

简化可得：

比较可得：