简易交通信号灯控制器

长安大学

电工与电子技术课程设计（交通信号灯的控制）

专业：交通运输（汽车运用工程）

班级：22020904

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指导教师：***

日期：2011-6-30

一、设计摘要

在经济飞速发展的今天，城乡交通自动指挥越来越重要，为了确保行人和各种车辆安全，保证正常的交通秩序，应对十字路口的红绿灯进行自动控制。实现红绿灯的自动指挥是城市管理自动化的重要课题。

二、设计任务与要求

图0：交通灯示意图

在一个具有主，支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。红灯（R ）亮表示该条道路禁止通行，黄灯（Y ）亮作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，绿灯（G ）亮表示该条道路允许通行。具体要求如下：

1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求主干道和支干道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道通行时间45秒，支干道通行时间25秒。

2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道（即每次由绿灯变红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡，此时原红灯不变）。 3．设计记时显示电路。

4.分别用红，黄，绿，发光二极管表示信号灯。

三，方案选择

选择设计一个有控制器，定时器，脉冲发生器，译码器，计时显示显示器等组成的集成电路，由控制器完成整个电路的自动转换，状态译码器接受控制器的输出，分别点亮相应地信号灯，记录主支干道的红绿灯变换状态

四、设计原理与参考电路

1．通过分析系统的逻辑功能，画出其机构框图。

交通灯控制系统的原理框图如图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。秒脉冲发生器是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。图中：

TL1 表示主干道绿灯亮的时间间隔为45秒，TL2表示支干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。

图1：设计原理图

1.实现红绿灯的交通管制功能；

2.在红绿灯交换的前五秒种，有常亮的黄灯提示司机注意，此时绿灯已灭；

3.可适应主支干道不同的车流量的需要，拟设计主干道的车量通行时间为45秒，支干道的车量通行时间为25秒；

4.另有数字倒计时装置，提示司机剩余时间。

主、支干道用传感器检测车辆到来情况，实验电路用逻辑开关代替。

45秒、25秒、5秒定时信号可用顺计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出，定时结束信号也输入到主控电路，由主控电路启、闭三色信号灯或启

动另一计时电路。

主控电路是核心，这是一个时序电路，其输入信号为：

(1) 车辆检测信号（A，B）；

(2) 45秒、25秒、5秒定时信号（C，D，E）。

其状态表1为：

5分析：（1）主干道绿灯亮，支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL1时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）主干道黄灯亮，主干道红灯亮。表示主干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，支干道禁止通行。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）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL2时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续缓慢通行。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。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

控制状态信号灯状态车道运行状态

S0（00）主干道绿，支干道红主干道通行，支干道禁止通行

S1（01）主干道黄，支干道红主干道缓行，支干道禁止通行

S3（11）主干道红，支干道绿主干道禁止通行，支干道通行

S2（10）主干道红，支干道黄主干道禁止通行，支干道缓行

HG=1：主干道绿灯亮；

FG=1：支干道绿灯亮；

HY=1：主干道黄灯亮；

FY=1：支干道黄灯亮；

HR=1：主干道红灯亮；

FR=1：支干道红灯亮；

设：

A：主干道车辆情况，有车为“1”，无车为“0”

B：支干道车辆情况，有车为“1”，无车为“0”

C：45秒定时信号，45秒定时已到为“1”，45秒定时未到为“0”D：25秒定时信号，25秒定时已到为“1”，25秒定时未到为“0”E：5秒定时信号，5秒定时已到为“1”，5秒定时未到为“0”

状态编码：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10

若选JK触发器，其输出为Q2， Q1

则状态表2为：

状态图为

图2：交通灯控制的状态转换图

五、单元电路设计，元件选择和电路参数计算

(1)脉冲发生器

脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T≈0.7（R1+2*R2）*C，若T＝1s，令C＝10µF，R1＝39Ω，R2=51。根据计算结果，脉冲发生器设计如下图：