交通信号灯控制电路的设计

……课程设计

1 前言

21世纪是一个自动化时代，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、突发事件、故障处理等方面给予技术革新。随着大规模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，是现代科技发展的主流方向。

交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。

因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理，更好的掌握所学知识，将理论联系实际，而且在实际操作中培养自己的实际动手能力，将理论应用与实际生活中！

2 交通信号灯控制电路的设计

2.1 设计题目

设计题目：交通信号灯控制电路的设计

2.2 设计要求

1.信号灯白天工作要求

某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。

如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。

信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。

信号指示灯白天点亮流程图如下图。

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t

南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 1t

南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 5t

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t

南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 5t

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t

图1-1 信号指示灯白天点亮流程图

2.夜间工作方式

南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

3 交通信号灯控制电路的性能简介

1秒脉冲产生电路:由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，建议用555定时器组成多谐振荡器。

十二进制计数器: 计数器可以用触发器组成，也可以用中规模集成计数器组成，以及用移位寄存器组成环形或扭环形计数器。建议用中规模移位寄存器组成扭环形12进制计数器。

分频器: 上述十二进制计数器的时间单位为4秒，即它的CP 脉冲为4秒。为了使整体电路工作步调一致，4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个4分频器电路。秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲，将其作为十二进制计数器的CP 脉冲。采用两个D 触发器组成4分频器电路。

控制电路的特点：从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。 其整体电路框图如下图所示：

根据交通灯的性能要求以及整体电路图，设计本次课程设计的交通灯电路。

图3-1 整体电路框图

4 交通信号灯控制电路的设计

4.1 直流稳压电源的设计

直流稳压电路的作用是将整流滤波输出的不稳定直流电进行稳定，输出负载需要的稳定直流电。

从稳压电路中起稳压作用的器件的工作状态角度分为：线性稳压电源和开关稳压电源。

线性稳压电源从稳压器件与负载的连接方式角度分为：串联型稳压电源和并联型稳压电源。本章介绍串联型稳压电源（并联型输出电流较小）。

串联型线性稳压电源从电路组成角度分为：分立元件稳压电源和集成稳压电源。本章两种情况都介绍，但重点在集成稳压电源。

作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的5V直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为5V的直流稳压电源。

78系列和79系列三端线性集成稳压器为输出固定电压的集成稳压器。78系列输出正电压，79系列输出负电压。它们输出的固定电压标称值分别为:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。如7805输出电压为5V，7806输出电压为6V， (7824)

输出电压为24V。79系列输出电压与此类同。输出电流档次由78（79）与输出电压档次之间的英文字母决定：L(0.1A)、M(0.5A)、空（1.5A）、T(3A)、H（5A）、P(10A)。

由于建议系统的集成芯片选用TTL类型，要求直流稳压

电源输出+5V直流电压。其额定输出电流视系统所需电流。

决定，系统负载电流小于1.5A是选用7805芯片即可，系统负载电流大于1.5A 时，可选用78T05(3A)、78H05(5A)，78P05(10A)。

根据电源的负载电流，折算成

R值，利用有关公式选择滤波电容的容量。其

L

耐压应高于变压器次级电压峰值2倍以上。

根据负载电流，选择整流二极管，要求二极管最大整流电流大于负载电流的2倍以上。其耐压应大于变压器次级电压峰值的2倍以上。

压器的功率应大于系统功率2倍以上，次级输出电压有效值根据桥式整流电容滤波输出电压为

1.1~1.2U，而这个值应大于稳压输出电压值的3~5V，从而选

2

定变压器次级电压的有效值。而整流滤波的输出为8~10V，本系统采用8299整流桥。变压器选择9/12V即可。

直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。