课程设计(论文)-交通信号灯控制器的设计与仿真

交通信号灯控制器的设计与仿真

摘要：

1、当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给技术革新。随着萨规模的集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现在科技发展的主流方向。

2、交通信号灯是日常生活中遇到的一个普通实例，它的控制也颇具典型和实用价值。由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，这里设计的是由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全和迅速的通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、黄、绿三色LED信号灯，依据红灯停绿灯行黄灯亮了等一等的规律工作。同时在每个入口设置了与红灯同时工作的蜂鸣器，以方便盲人通过。本设计是采用计数器74160N和与门、或门、非门等简单元器件完成的，通过multisim软件仿真验证了电路的功能，运用protel软件对电路进行了封装，布线和制成3D电路板。

关键词：交通灯; 干道; 蜂鸣器; 计数器; LED

1、设计任务与要求

1.设计任务

为实现交通控制的自动化，交通信号灯控制器可以通过多种电路实现，但用中小规模数字集成电路实现更为方便，下面是十字路口交通信号灯控制器的设计与仿真的实例。由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行;绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。

2.技术指标

a.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测

车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。

b.由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行的状态，而支

干道有车来才允许通行。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。

c.当主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放

行25s。设立45s和25s计时显示电路。

d.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶

中的车辆有时间停到禁止线以外。设置5s计时显示电路。

3.题目评析

此设计题目的重点在于要使设计出的控制器能确保车辆安全、有序的通行，即要使红、绿、黄三灯稳定有序的亮和灭。

难点在于设立45s和25s计时显示电路，并且在由绿灯亮变成红灯亮的中间要亮5s黄灯。本题目实用性很高，不仅可以应用与交通十字路口来疏导车辆，还能用于指引在同场合但不同时间工作的机器设备的运行等。本设计应用了蜂鸣器来配合红灯的使用，以方便盲人通行，是设计的一个创新点。

4.设计思路

a.在主干道和支干道的入口处设立传感器检测电路以检测车辆的进出情况，并及时向

主控电路提供信号，实验时可用数字开关代替

b.系统中要求有45s、25s和5s三种定时信号，须要设计三种相应的计时显示电路。

计时方法可以用顺计时，也可以用倒计时。定时的起始信号由主控电路给出，定时

时间结束的信号也输入到主控电路，并通过主控电路去启、闭三色交通灯或启动另

一种计时电路。

c.主控制电路自然是本题的核心，它的输入信号一方面来自车辆检测信号，另一方面

来自45s、25s、5s三个定时信号。

主控制电路的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路的启动。主控电路属于时序逻辑电路，应该按照时序逻辑电路的设计方法进行设计。也可以采用存储器电路去实现，即将传感信号和定时信号经过编码所得的代码作为存储器的地址信号，有存储器数据信号去控制交通灯。当然，如果采用微处理器就会显得十分简单。

2、方案比较与论证

1．三种方案的介绍

设计之初，我们构思了三种方案，分别构造了电路并且进行了multisim仿真实验，以及protel的封装。如下，对三种方案进行比较。

2.1．1第一种方案

采用传统的数字电路设计方案。该系统中，秒脉冲发生器是系统中定时计数定路中的定时器和主控路中的控制器的标准时钟信号源；译码驱动电路中的译码器输出交通信号灯的控制系，经过驱动电路的驱动信号等工作；中控电路中控制器是系统的主要部分，由他控制定时计数电路中的定时器和译码驱动电路中的译码器工作。运用传统数据电路将上述内容全部设计出来，再组合成所需的电量路。

2.1．2第二种方案

状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，

达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的回零脉冲是状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态BCD译码器译码，数码管显示。在黄灯亮其间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。

2.1．3第三种方案

交通灯整体电路可以分为三个部分：第一部分由函数信号发生器XFG2构成脉冲信号发生器，产生周期为1S的脉冲信号，加到由74160N构成的加法计数器上，控制其在0000 ～ 1111 十六种状态中变化，且从0000状态开始递增。第二部分由74160N加法计数器和DCD_HEX数码显示管构成时间显示装置，分别对红黄绿三种灯的亮灭进行计时显示。第三部分是由电阻配合LED发光二极管工作，使红黄绿三色灯按照设计要求进行工作，同时该部分还配有蜂鸣器与相应的红灯工作。

1.方案比较

方案一电路复杂，设计思维能力要求较高，调试起来也有一定的难度，而且电路需要的硬件比较多且成本高。再有硬件设备不足、时间等原因，无法比较好的完成。因此舍弃了该方案。

方案二控制电路如下。

该方案电路连线较为复杂，主要体现在置数部分。计时显示部分工作时，时间只能从9-0循环，不能实现设计要求中的45s和25s的目的（可能是设计原理的失误，后期反复修改也没解决这个问题，故设计了方案二）。该方案优点是所用元器件较少，原理也比较科学，工作过程有序。