[免費]交通信號燈電路設計[免費供應]

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1、花了好幾分的，免費提供O(∩_∩)O~ 交通信號燈設計 摘 要 在交通日益繁雜的今天，十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關鍵。 當前，國內大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時間控制顯示中，通常要么東西、南北兩方向各50秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復雜的，是高度非線性的、隨機

2、的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導致城市交通效率的下降。 代碼是我們一行一行寫出來的，通過各位組員們的努力，這一次的課題設計實驗成功順利完成，這離開各組員的努力和大家的配合。也讓我體會到團隊的力量，讓我意識到做一個項目最基本的必須具有團隊協(xié)作的精神。 關鍵詞：城市交通 現(xiàn)代化交通控制 交通燈 脈沖信號發(fā)生器；計數(shù)器；譯碼器；555多

3、諧振蕩器 目 錄 內 容 摘 要 - 2 - 前 言 - 4 - 交通信號燈定時控制系統(tǒng)的基本原理及框圖 - 5 - 設計方案 - 7 - 方案（一）、控制電路的組成及原理 - 7 - 方案（二）交通信號燈的可編程控制器控制 - 8 - 1．交通燈布置及控制要求 - 8 - 2． 可編程序控制器如下所說 - 9 - 方案（三） - 10 - 1. 控制電路的組成及原理 - 10 - （1） 脈沖發(fā)生器 - 10 - （2） 環(huán)形脈沖分配器 - 12 - （3） 功率放大器 - 12 - 方案比較： - 12 - 元器件清單 - 14

4、 - 電路制作、調試與指標測量 - 14 - 安裝工藝與要求 - 15 - 參考文獻 - 15 - 附件： - 17 - 1、原理圖 - 17 - 2、PCB圖 - 18 - 3、3D圖 - 19 - 《數(shù)字電路課程設計》任務 一、課題名稱: 交通信號燈電路設計 二、技術指標: 工作電壓: 5±0.5V 顯示時間可調范圍: 0.5---60s 紅燈顯示時間：30±5s 綠燈顯示時間：25±5s 黃燈顯示時間：5±1s 燈顯示順序：綠-黃-紅-黃-綠，燈顯轉換時間：﹤0.1s 三、要求： 1.

5、對給定的電路方案設計進行說明，估算元件參數(shù)與選擇電路元件 2．三圖（原理圖、印制電路圖、裝配圖）齊全。 3.制作印制板、焊接安裝，調試電路。 4.按規(guī)定與要求寫出《課程設計報告書》 指導教師：涂代國 學 生: 萬靈艷 電子工程系 2010年06月09日 前 言 當前，大量的信號燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關系的協(xié)調，多值化方向發(fā)展隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。，這

6、些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 實物圖 一 交通信號燈定時控制系統(tǒng)的基本原理及框圖 當前，大量的信號燈電路正

7、向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關系的協(xié)調，多值化方向發(fā)展隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)

8、控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 交通信號燈定時控制系統(tǒng)的組成框圖如圖1_1_1所示。狀態(tài)控制器主于記錄十字路口交通信號燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點亮相應狀態(tài)的信號燈。秒信號發(fā)生器用以產生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖進行減計數(shù)，達到控制沒一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法技術器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一次見減計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)由BCD譯碼器譯碼，由數(shù)碼管顯示。在黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。 圖1_1_1交通信號定時控制系統(tǒng)組成框圖 譯碼、顯示 主干道信號燈

9、 支干道信號燈 減法計數(shù)器 狀態(tài)譯碼器 紅燈閃爍控制 置數(shù)控制 狀態(tài)控制器 秒脈沖發(fā)生器 根據(jù)設計要求，各交通信號燈的工作流程如圖1_1_2所示。交通信號燈4種不同狀態(tài)分別用S0（主綠燈亮，支紅燈亮）、S1（主黃燈亮，支紅燈閃爍）、S2（主紅燈亮、支綠燈亮）、S3（主紅燈閃爍，支黃燈亮）表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉換.。 圖1_1_2交通信號燈工作信號流程圖 主干道綠燈亮 支干道紅燈亮 （30進制計數(shù)器減1） 主干道黃燈亮 支干道紅燈閃爍 （5進制計數(shù)器減1） 主干道紅燈亮 支干道綠燈亮 （20進制計數(shù)器減1） 主干道紅燈閃

10、爍 支干道黃燈亮 （5進制計數(shù)器減1） 圖1-1-2信號燈的工作順序流程 顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器，可用中規(guī)模集成計數(shù)器構成狀態(tài)控制器，電路. 設計方案 方案（一）、控制電路的組成及原理 該控制機用于控制十字路的交通信號燈，查個電路采用七塊集成電路，組成程序式的定時電路，自動按三個程序循環(huán)控制東西\南北方向的紅、黃、綠信號燈的亮與滅。定時電路器由IC1（555）、R1、C1及四雙開關向開關IC6控制的定時電阻RT、RG、RG1、RG2等組成，IC6采用CD4066、RT、RG是秒步進和十秒步進的波段開關，其電阻均為6.2KΩ，最大定時時間為10S。RG1、R

11、G2是秒步進和十秒步進的波段開關，秒步進開關的電阻為6.2KΩ，十秒步進開關電阻為6.2KΩ，十秒步進開關電阻為6.2KΩ，最大可設置時間為110S，時間長短要預置，六程序電路IC3采用十進制計數(shù)器/脈沖分配器CD4017，將5腳和復位端15腳相連，使之成為六進制計數(shù)分配器，加電源后，IC3的Q0-Q5依次，輸出高電平，至第六個定時器脈沖到來時，Q6（5腳）的高電平加至15腳，使IC3復位，然后又重復循環(huán)，形成六程序控制。 閃爍電器電器IC2和R2、R3、C3組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，f=1.44/（R2+2R3）C3，它的輸出經(jīng)選通門IC4加至譯碼和驅動電路，矩陣電路由D1-D10組成，用來選

12、擇每步程序的交通信號燈，并推動IC3、IC7為專用燈驅動電路MC1413,可接控制L1-L5的通斷,點亮各色信號燈。 方案（二）交通信號燈的可編程控制器控制 1．交通燈布置及控制要求 控制要求如下： （1）當按下按鈕后，系統(tǒng)開始工作。首先是南北紅燈亮，東西方向綠燈亮。按下停止鈕后，系統(tǒng)停止工作，所有燈均熄滅。 （2）南北，東西綠燈不允許同時亮，如果同時亮則應立即關閉系統(tǒng)，且發(fā)出報警信號。 （3） 控制的時序要求： 時序要求可敘述為：啟動信號給上后，南北紅燈維持25S，在這25S的時間內，東西方向先是綠燈亮20S，接下來綠燈閃爍3次（每次亮和暗都各占0.5S），合

13、計閃爍占3S，然后黃燈再亮2S。當南北紅燈亮過25S后，轉成東西紅燈亮。東西紅燈亮時間設為30S，在這30S鐘內，南北綠燈先是亮25S，接下來閃爍3S，再接下來黃燈亮2S。當東西方向紅燈亮完30S后，南北紅燈再次開始亮，工作進入下一個循環(huán)。按下停止鈕，則系統(tǒng)停止工作，所有燈熄滅。 2． 可編程序控制器如下所說 考慮到本系統(tǒng)要求的輸入輸出點數(shù)不多，且主要是時序邏輯控制，則絕大多數(shù)型號的PLC均可勝任。本例中選OMRON公司的CPM1A系列的20點輸入輸出型。考慮到開關壽命問題，最好選用晶閘管輸出模塊。輸入電數(shù)12，通道號000，輸出8點，通道010。 3

14、.工作過程介紹 加上電源后，運行用戶程序。按下啟動鈕后，20000接通且自鎖。TIM000接通計時，TIM006同時接通計時，01002接通，南北紅燈亮，同時有01002使01004接通，東西綠燈亮。 當TIM006計滿20S時，使TIM007接通計時，同時TIM006常閉點打開，使東西綠燈亮的功能停止，而YIM006的一個常開接點接通，該接點與時鐘周期為1S的25502一起控制01004的周期為1S的25502一起控制01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 當TIM007計滿3S后，其常開接通點使TIM005開始計時。其另一常閉接點斷開東西綠燈閃爍電路，而一常開接點

15、則使01005接通，東西黃燈亮。 在TIM005計滿2S后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。 在TIM005計滿2S的同時，恰好TIM000計滿25S，此時循環(huán)工作的下半周期開始。TIM000常開接點首先啟動TIM004和TIM001定時器開始計時，而其常閉接點斷開01002，常開接點接通01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時由01006和01001接通，南北綠燈亮起來。 TIM001計滿25S，其一常開接點起動TIM002計時開始，一常閉斷開南北綠燈，而另一常開與25502一起使南北綠燈閃爍。 TIM002計滿3S后，起動TIM 003計時

16、開始，TIM002的一常閉接點使得南北綠燈停止閃爍，而TIM002的一常開接點使01002通，南北黃燈亮。 方案（三） 1. 控制電路的組成及原理 交通信號燈控制電路由脈沖發(fā)生器環(huán)型脈沖分配器和功率放大器組成， （1） 脈沖發(fā)生器 它由NE555組成的多諧振蕩器構成。NE555的3腳輸出控制脈沖信號，脈沖的功率可通過RP進行調節(jié)。 NE555紹 NE555 (Timer IC)大約在1971年由Signetics Corporation發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應用電路，盡管近年來C

17、MOS技術版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。 NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號。 a. NE555的特點有： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延

18、時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 2.它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 b. NE555引腳位功能配置說明下： 圖1-2 NE555各腳功能-管腳圖 Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC

19、，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VC

20、C電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 （2） 環(huán)形脈沖分配器 本電路產用3相3拍工作秩序，其紅、綠、黃燈通電狀態(tài)的轉換關系為：紅—綠—黃—紅，即根據(jù)上述移動原理，可用6個P觸發(fā)器彼此首位相接構成移位寄存器實現(xiàn)環(huán)型脈沖分配器，6個D觸發(fā)器的CP端均由控制脈沖同步控制，D觸發(fā)

21、IC2a的位置端由SD和IC2b、IC3a的清零端RD連在一起與啟動開關相連，用來設置動態(tài)為100。 （3） 功率放大器 由于環(huán)形脈沖分配輸出的邏輯脈沖信號難以驅動大功率的紅、綠、信號燈、所以在脈沖信號燈與信號燈之間加一功放電路。 方案比較： 1．（1） 方案一時全部采用與電路控制，具有（1便于高度集成化。由于本電路是數(shù)字電路全部采用二進制，凡具有兩個狀態(tài)的電路讀可用來表示0和1兩個數(shù)，因此，基本單元電路的結構簡單。允許電路參數(shù)有較大的的離數(shù)性，有利于將眾多基本單元電路集成在同一塊硅片上生產。 （2）工作可靠性高，抗干擾能力強。本電路信號是用1和0表示信號的有和無數(shù)字電

22、路辨別信號的有和無很容易做到，從而大大提高了電路的工作可靠性。 （3）數(shù)字信號便于長期保存。 （4）本電路采用集成元件，系列多，通性強，成本低。 （5）保密性好，數(shù)字信息易于加密處理，不易被竊取。 2．方案二 全不采用電腦脈沖信號進行控制，這使數(shù)字控制裝置中有廣泛的應用。本電路中電源電壓只需要15V，節(jié)約電能，但此電路功能較單一，不具有大規(guī)?？刂频哪芰Α? 3．方案三PLC可編程控制器控制，具有下列特點： （1）此方案編程簡單，可以現(xiàn)場修改程序。 （2）維護方便，最好為插件。 （3）可靠性高，抗干擾能力強，PLC在硬件上一般采用隔離，濾波，屏蔽，接地等一系列措施，

23、機箱進行了完善的電磁兼容設計，對元件進行精心處理；在軟件上采用了數(shù)字濾波，指令復執(zhí)，程序轉回等一系列措施和故障診斷技術。 （4）本電路功能完善，除具有邏輯運算、定時、計數(shù)和順序控制功能外，還有較強的數(shù)字數(shù)值處理能力，模擬量輸入輸出能力，還可擴展位置控制，運動控制等各種特殊功能的智能模塊，使基本功能更加強大。 （5）體積小，重量輕，等多優(yōu)點。 {方案選取 由于考慮電路生產成本和功能。本次設計采用方案一，因為數(shù)字電路成本低，易于大規(guī)模生產。 {仿真過程 按通仿真開關，激活電路，觀察紅綠黃三個發(fā)光二極管的亮滅情況，分析電路是否正常工作。 雙擊示波圖，按a鍵或者是按A鍵，改變電位器的百分

24、值，觀察示波器波形的變化。將百分值調整為0%或100%. 圖1—1—1中燈亮時間可通過電位器調節(jié)，但綠燈亮時間和紅燈亮時間，時間的比值是固定的，綠燈亮時間加黃燈亮時間等于紅燈亮時間，即車輛通行時間和禁止通行時間是相同的，在有主干道和支干道之分的十字路口，要求主干道比支干道通行時間長，如果紅燈亮時間和綠燈亮時間是孤立可調的，就能滿足主干道不同通行時間的要求。圖1—1—2就是通行時間和禁止通行時間孤立可調的信號燈控制電路。 假設開始時4013中D觸發(fā)第一腳01輸出低電平。IC2工作，紅燈亮，此時，IC3清零端有效，綠燈、黃燈均不亮，當IC2的09輸出高電平時，D觸發(fā)器直

25、接置“1”，IC4的01輸出變?yōu)楦唠娖剑琁C2清零，紅燈滅，IC3工作，綠燈亮后黃燈亮IC3的09輸出高電平時，D觸發(fā)器直接置“0”，IC2工作，紅燈亮，綠燈，黃燈滅，按此方式循環(huán)工作。由于IC2，IC3，由不同的振蕩器提供時鐘信號，因此，禁止通行時間和通行時間可分開調節(jié)。 元器件清單 根據(jù)原理圖1—1—3。需要轉被1—1—9所示元件。集成電路CD4096、CD4017可用SUPERPRO系列通用編程器測試，或自己在面包板上搭接簡單電路測試。電位器要用萬能表檢查是是否調節(jié)阻值，阻值變化是否均勻。識別二極管、發(fā)光二極管、電解電容的正負性，并檢測好壞。 1—1—9

26、元器件清單 名稱 型號 數(shù)量 名稱 型號 數(shù)量 集成電路 IC4081 2 二極管 IN4148 10 IC555 2 CD4066 1 MC1413 1 發(fā)光二極管 Ф5mm紅色 2 CD4017 1 電阻 2K 7 Ф5mm綠色 2 3.3K 2 Ф5mm黃色 2 電位器 100KΩ 4 電容 100uF 1 0.1uF 2 電路制作、調試與指標測量 根據(jù)PCB圖制作印制電路板，根據(jù)工藝的要求正確安裝元器件，注意集成塊的方向是否正確。有極性元件的極性是否

27、正確。如果安裝正確。本電路一般不需要調試即能實現(xiàn)所需功能，若不能實現(xiàn)可能為元器件損壞、虛焊、有極性元件的管腳接錯等原因造成故障。用示波器測試振蕩周期是最大值和最小值，填入表及防真測試比較，分析誤差原因。 安裝工藝與要求 1． 電阻二極管（發(fā)光二極管除外）均采用水平安裝，貼緊印制板，電阻的色環(huán)方向應該一致。 安裝圖 2..二極管單向可控硅。場效應管采用直接安裝，底面離印制板5+-1mm. 3.發(fā)光二極管均直立安裝，底面離印制板6+-mm 4. 電解電容器，電阻器盡量插到底，元件底面離印制扳最高不能超過4mm 5.微調電位器盡量直立不傾斜，三個腳均需焊接。 6. 輸入，輸出變壓

28、器裝配時緊貼印制板 7.集成電路不是電器，輕觸式按鈕開關底面與印制板相貼 8.電源變壓器用螺絲釘固定在接線片上。用固定220V電源線，變壓器次致饒阻向內，外出線焊在印制板上。 9.插件裝機美觀，均勻，端正，整齊，不能歪斜。 10.在有焊孔的元件引線及導線均采用直角焊，剪腳留同頭在焊面以上±0.5mm，焊點要求圓滑，光亮，防止虛焊，搭焊。 參考文獻 1．廖先蕓 電子技術實踐與訓練 北京高等教育出版社 2007年 2．陳曉文 電子線路課程設計 電子工業(yè)出版社出版社 2007年 3．邵群濤 電氣制圖與電子線路CAD 北京機械工業(yè)

29、出版社 2003年 4．揚志忠 數(shù)字電子技術 北京高等教育出版社 2002年 5．齊占慶 王振臣 電氣控制技術 北京機械工業(yè)出版社 2002年 6．揚承毅 電子技能實訓基礎 北京人民郵電出版社 2003年 7．周政新 電子設計自動化實踐與訓練 北京中國民航出版社 1998年 8.楊志忠 數(shù)字電子技術 高等教育出版社 2007年 9.胡宴如 模擬電子技術 高等教育出版社 2007年 附件： 1、原理圖 2、 PCB圖 3、3D圖 課程設計報告書評閱頁 課題名稱：交通信號燈電路設計 班 級：G08應用電子技術1班 姓 名： 2010 年 06 月 09 日 指導教師評語： 考核成績： 指導教師簽名： 201 年 月 日