交通信号灯控制电路的设计与仿真[详细]
基于Multisim的交通灯控制电路的设计与仿真
基于Multisim的交通灯控制电路的设计与仿真摘要：Multisim是EDA仿真设计系统的一个重要组成部分，它创建电路方便，且仿真所用的仪器及仿真数据读取方法都与实际实验方法相似，有各种虚拟仪器和仪表可以使用。
且不消耗实际元器件。
降低了实验成本，节省实验时间，提高了实验效率，利用Multisim设计并仿真了一个周期为8S的交通灯控制仿真电路。
得到了很好的实验效果。
关键词：Multisim；EDA仿真；交通灯Based on the control circuit of the traffic lights Multisim design andsimulationAbstract：Multisim is an important component of the EDA Simulation system, It is easy to create circuit, And the equipment used in the simulation and simulation of data acquisition methods are similar to the actual experimental methods, There are various virtual instruments andmeters can be used. And it does not consume the actual components. It can reduce the experiment cost, test time and improve the experimental efficiency,The Multisim is used to design and simulation of a cycle 8S traffic lights control simulation circuit. The experimental results have been tested very well. Key words：Multisim；EDA Simulation；Traffic lights0 引言在搭建实际电路之前，采用Multisim 10仿真软件进行虚拟测试。
基于EDA的交通信号灯电路的设计与仿真
基于EDA的交通信号灯电路的设计与仿真传统的交通信号灯控制电路的设计是基于中、小规模集成电路，电路元件多、焊接复杂、故障率高、可靠性低，而且控制系统的功能扩展及调试都需要硬件电路的支持，为日常维护和管理增加了难度。
目前很多城市的交通信号灯还是应用传统的电路设计，一旦交通信号灯出现故障，不能及时维修和处理，势必会造成道路的交通混乱。
通过技术的改进，采用基于EDA技术的交通信号灯控制电路弥补了传统设计中的缺点，通过VHDL语言编写系统控制程序，利用软件控制整个系统的硬件电路，还可以利用EDA集成开发环境对交通信号灯的设计进行仿真，验证设计结果是否实现。
改进后的交通信号灯电路组成元器件少，可靠性高，操作简单，实现可扩展功能。
1 交通信号灯控制电路1.1 交通信号灯工作原理基于FPGA的交通信号灯控制电路主要用于甲乙两条车道汇合点形成的十字交叉路口，甲乙两车道各有一组红、黄、绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。
两组红绿灯分别对两个方向上的交通运行状态进行管理，红灯亮表示该道路禁止通行，黄灯表示停车，绿灯表示可以通行;倒计时显示器是用来显示允许通行或禁止通行的时间，以倒计时方式显示交通灯闪亮持续时间。
为每个灯的闪亮状态设置一个初始值，指示灯状态改变后，开始按照初始值倒计时，倒计时归零后，灯的状态将会改变至下一个状态。
交通灯两车道的指示灯闪亮状态是相关的，每个方向的灯闪亮状态影响着另一个方向的指示灯闪亮状态，这样才能够协调两个方向的车流。
甲乙两车道交通灯工作状态如表1所示，其中“1”代表点亮，“0”代表熄灭。
当甲车道绿灯亮时，乙车道对应红灯亮，由绿灯转换红灯的过渡阶段黄灯亮。
同理，乙车道绿灯亮时，甲车道的交通灯也遵循此规则。
当出现特殊情况时，各方向均亮红灯，倒计时停止，特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续运行。
1.2 交通信号灯电路结构根据交叉路口交通灯工作原理，图1为交通信号灯控制电路的原理图。
交通信灯电路设计与仿真
交通信灯电路设计与仿
真
集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
实验七交通信号灯电路设计与仿真
一、实验目的
1.掌握交通信号灯电路的工作原理
2.会用Multisim设计交通信号灯各子电路
二、实验原理
①状态控制器：记录交通灯的工作状态。
②状态译码器：按照状态控制器所处状态，驱动点亮相应的信号灯。
③秒脉冲发生器：产生定时系统的时基脉冲，确保整个电路同步工作和定时控制。
④减法计数器：控制每一种工作状态的持续时间
二、实验内容
1.篮球比赛24秒定时器仿真
说明J1、J2、J3闭合和断开时数码管显示情况及开关功能
2.交通信号灯定时电路仿真
记录Q1、G|、g中一个接低电平时，数码管的显示并说明功能
3.交通信号灯信号显示电路（选作）
4.交通信号灯状态控制器（选作）。
交通信号灯控制电路的设计与仿真
交通信号灯控制电路的设计与仿真交通信号灯是城市道路上的重要交通设施。
它不仅能够引导车辆行驶方向、保障行人安全出行，还能有效地控制交通流量，缓解车辆拥堵问题。
然而，要使交通信号灯发挥作用，就需要一个可靠的信号控制电路。
本文将介绍交通信号灯控制电路的设计与仿真。
1. 控制电路设计交通信号灯控制电路是一种可编程逻辑电路（FPGA）。
它可以根据不同的交通需要配置不同的控制方案。
基本的控制方案有三种：顺序控制、时间计划控制和循环控制。
1.1 顺序控制顺序控制是最简单的交通信号灯控制方案，它依次控制交通灯的颜色。
设计电路需要先设置一个时钟，并定义各信号灯的状态，例如，当橙色灯亮的时候，等待5秒钟后，绿色灯亮；当绿色灯亮时，等待10秒钟后，红色灯亮。
这样的交通信号灯控制方案简单、稳定，但是不适用于复杂的交通环境。
1.2 时间计划控制时间计划控制是根据交通流量和道路容量的不同，对交通信号灯的时间进行调整的控制方案。
具体做法是，通过交通流量传感器测量每个方向的车辆流量并累积，运用时序控制器进行计算，并对红绿灯时间进行动态调整。
这样可以保证交通信号灯实时地适应不同的流量情况，但是需要大量的传感器和计算器。
1.3 循环控制循环控制是一种随机的交通信号灯控制方案，通过交通数据和计算机模型确定路口交通灯每轮的时间长度，并以不同的顺序轮换信号灯，这样按照循环周期可能使交通流量更加均衡，并且可以排除一些失误。
但是需要进行大量的计算，并且不适用于复杂的交通环境。
2. 仿真设计完成后，需要对交通信号灯控制电路进行仿真，以检验控制电路的稳定性和有效性。
仿真软件通常有多种，本文介绍两种常用的仿真软件。
2.1 QucsQucs是一个免费的仿真软件，具有模拟、线性和非线性仿真电路的能力，可以模拟电路和系统的频段、噪声和传输等特性。
在Qucs中，可以很容易地设计复杂的控制电路，通过仿真分析不同方案的控制效果。
2.2 SPICESPICE是一种常用的模拟软件，主要用于电路和系统仿真。
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; LED1、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。
交通灯控制电路设计
交通灯控制电路设计交通灯是城市交通管理的重要组成部分，通过交通灯控制电路来控制交通信号灯的亮灭，可以使交通流畅有序，提高交通效率和安全性。
下面将详细介绍交通灯控制电路的设计。
首先是输入接口部分。
交通灯控制电路可以通过光电传感器或者车辆探测器等装置来获取交通流量信息，并将其转化成电信号输入到控制电路中。
光电传感器一般采用红外线或激光来感应车辆的到来，车辆探测器则通过地感线圈感应车辆进入或离开的情况。
这些输入装置可以将车辆信息转化成电信号，为后续控制提供数据支持。
接下来是逻辑控制部分。
交通灯的控制有固定时间控制和可调控制两种方式，可以根据实际需要选择。
固定时间控制往往采用时序控制器来实现，时序控制器根据预设的时间来控制交通信号灯的亮灭。
可调控制则需要根据交通流量实时情况来动态调整交通信号灯的运行状态，可以采用微处理器或者PLC控制器来实现。
逻辑控制部分会根据输入接口的数据以及预设的控制规则进行相应的处理，控制交通信号灯的转换。
最后是输出接口部分。
输出接口部分主要是将控制信号转化成驱动交通信号灯的电信号。
交通信号灯一般有红、黄、绿三种颜色，分别表示停、警示和行。
通过驱动器来控制交通信号灯的亮灭状态，驱动器一般由继电器、晶体管等元件组成。
输出接口部分将逻辑控制部分产生的控制信号转化成驱动交通信号灯的电信号，实现交通信号灯的亮灭控制。
首先是稳定性。
交通灯控制电路应具有良好的稳定性，能够在各种环境条件下正常工作，不受外界干扰。
稳定性可以通过增加滤波电路和抗干扰设计来实现。
其次是可靠性。
交通灯是城市交通管理的重要设施，因此交通灯控制电路需要具备高可靠性，能够长时间稳定工作，减少故障率和维护成本。
再次是安全性。
交通灯控制电路在设计时需要遵循安全原则，确保交通灯的控制不会产生误操作，保证交通安全。
最后是灵活性。
交通灯控制电路应具备一定的灵活性，能够根据实际需要进行调整和扩展，以适应交通流量的变化和城市的发展。
综上所述，交通灯控制电路设计是一个涉及多个方面的复杂工程，需要根据实际需求和要求进行综合设计。
交通信号灯控制逻辑电路设计
交通信号灯控制逻辑电路设计交通信号灯控制逻辑电路设计一、引言交通信号灯是交通管理系统中至关重要的一部分，它能够有效地控制车辆和行人的安全通行。
本文旨在设计一个具有高可靠性和可扩展性的交通信号灯控制逻辑电路，以实现以下目标：1.确保交通信号灯在正确的时间点亮和熄灭；2.实现多种交通模式的控制，如日常、高峰和紧急模式；3.具备故障检测和恢复功能，提高系统的可靠性。
二、系统设计1.硬件设计交通信号灯控制逻辑电路主要由以下几个部分组成：（1）微控制器：选择具有丰富I/O端口和强大处理能力的微控制器，如STM32。
它负责处理外部输入和控制信号灯的点亮和熄灭。
（2）交通信号灯：包括红、绿、黄三种颜色的LED灯，通过微控制器的GPIO 端口控制其点亮和熄灭。
（3）传感器：包括车辆检测传感器和行人检测传感器，用于检测车辆和行人的通行情况。
（4）存储器：存储交通信号灯的状态、故障信息和交通模式等。
（5）故障检测与恢复模块：实时监测交通信号灯的工作状态，一旦发现故障，立即进行恢复。
2.软件设计（1）操作系统：选择一个适用于微控制器的实时操作系统，如FreeRTOS。
它能够实现多任务管理和优先级调度。
（2）控制算法：根据车辆和行人的通行需求，设计控制算法来确定交通信号灯的点亮和熄灭时间。
（3）通信协议：实现与上位机或其他交通管理设备的通信，传输交通信号灯的状态、故障信息和交通模式等信息。
（4）故障检测与恢复程序：在软件层面实现故障检测与恢复功能，确保系统的可靠性。
三、逻辑电路设计1.日常模式：根据预设的时间表控制交通信号灯的点亮和熄灭，同时考虑车辆和行人的通行需求。
2.高峰模式：在高峰时段，延长绿灯时间，缩短红灯时间，提高车辆通行效率。
同时确保行人安全通过。
3.紧急模式：在紧急情况下，如交通事故或火灾，开启应急闪烁模式，以提醒车辆和行人注意安全。
同时，将相关信息传输给上位机和其他交通管理设备。
4.故障检测与恢复：实时监测交通信号灯的工作状态，一旦发现故障，立即进行恢复。
交通灯信号控制器仿真设计
交通灯信号控制器仿真设计交通灯信号控制器是城市道路交通管理系统中的重要组成部分，通过控制交通信号灯的变换来指挥车辆和行人的通行，以确保交通有序、安全、高效。
为了提高交通信号控制器的性能和稳定性，通常会进行仿真设计来对其进行优化和测试。
本文将介绍交通灯信号控制器的仿真设计过程，并详细讨论其原理和实现方法。
一、交通灯信号控制器的原理在城市道路交通中，交通灯信号控制器需要根据路口的车流量和行人需求来确定每个方向的绿灯时间，以实现交通的高效通行。
同时，还需要考虑到不同时间段交通流量的变化，灵活地调整交通信号的变换时间，以达到最佳的交通控制效果。
二、交通灯信号控制器的仿真设计方法1.确定仿真目标：首先需要明确交通灯信号控制器的仿真目标，包括优化绿灯时间、减少等待时间、提高交通效率等指标。
根据这些目标，确定仿真模型的概要设计和实现方法。
2.建立仿真模型：根据交通灯信号控制器的原理和实际运行情况，建立相应的仿真模型。
这包括车辆和行人的动态模型、交通信号灯的工作模式、路口的拓扑结构等方面。
3.设定仿真参数：确定仿真所需的参数，包括车辆流量、行人需求、信号灯变换时间、路口长度等。
根据实际情况，设定合理的参数范围，以确保仿真结果的准确性。
4.编写仿真程序：利用仿真软件或编程语言，编写交通灯信号控制器的仿真程序。
根据建立的模型和设定的参数，模拟不同情况下的交通流量和信号控制效果，评估控制器的性能和稳定性。
5.优化设计方案：根据仿真结果，对交通灯信号控制器的设计方案进行优化和改进。
可以调整绿灯时间、增加延时器、改变信号灯的配时等方法，以提高交通控制效果。
6.验证仿真结果：对优化后的设计方案进行验证，检验其效果和可靠性。
通过对比仿真结果和实际数据，评估交通灯信号控制器的性能和稳定性。
三、交通灯信号控制器的仿真设计案例以市中心的交通路口为例，设计一个交通灯信号控制器的仿真方案。
该路口存在车辆和行人的交通需求，需要根据不同时段的交通流量来控制信号灯的变换，以确保交通有序通行。
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唐山学院
《电子技术》课程设计
题目交通信号灯控制电路的设计与仿真系 (部) 信息工程系
班级 10电气自动化1班
姓名崔涛
学号 3100217138 指导教师王蕾成凤敏
2012年1月2日至 1月6 日共1周
2012年1月6日
目录
1 引言 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2设计背景 (1)
2 设计原理 (3)
3 总体设计 (4)
3.1单元电路设计 (4)
3.2时序仿真结果 (12)
4 设计总结 (15)
参考文献 (16)
附录1器件明细表 (17)
附录2 仿真电路图 (18)
1 引言
1.1设计目的
通过一个学期的电子技术的学习,对一些电气原件有了初步的认识 ,这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识,通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况.通过制作来了解交通灯控制系统,了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用.
交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制.在现代化的大城市中,十字交叉路口越来越多,在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序,这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理.本次的设计就是基于此目的进行的.
设计交通信号控制灯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.
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.
1.2设计背景
随着世界范围内城市化和机动化进程的加快,城市交通越来越成为一个全球化的问题.城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求,道路堵塞日趋加重,交通事故频繁,环境污染加剧等问题普遍存在.目前,全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象,交通事故频发,这给人民的生命财产安全带来了极大的损失.如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声.探究城市交通发展中存在问题的原因,无论是从宏观上还是从微观上分析,其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应.
城市交通控制系统(UTC ,Urban Traffic Control Syste米)是现代城市智能交通系统(IDJ ,Intelligent transport syste米)的组成之一,主要用于城市道路交通的控制与管理.城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一,是提高交通管理效能的重要技术手段.路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备,它是交通信号控制的重要组成部分.各种交通控制方案,最终都要由路口信号控制器来实现.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥.伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在
不断增加.
米ultisi米10是一款知名的EDA仿真软件,由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本.在Windows环境下,米ultisi米10软件有一个完整的集成化设计环境,它将原理图的创建、电路的测试分析、结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中.在搭建实际电路之前,采用米ultisi米10仿真软件进行虚拟测试,可使实验方法和实验手段现代化,扩展实验容量,使实验内容更完备,提高了实验效率,节省大量的实验资源.米ultisi米10软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动米ultisi米10仿真.
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 设计原理
设计交通信号控制灯要求白天的工作方式如图2-1:
图2-1 信号指示灯白天点亮流程图
夜晚的工作方式是:南北东西各方向黄灯亮,且每秒闪动一次,其他灯不亮,因此总的设计框图如图2-2:
图2-2 整体电路设计框图
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.
3 总体设计
3.1 单元电路设计
3.1.1 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,选择用555定时器组成多谐振荡器.555定时器原理及内部结构如图3-1(a )和(b )所示.
振荡周期与频率的计算公式为:T=(R 1+2R 2)Cln2=0.7(R 1+2R 2)C,电源电压为Vcc=5V,其中电路图中C 2的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响,一般选用0.01μF 的瓷片电容.再次课程设计中要求输出T=1S,选取电容为C=1μF ,R 1=360kΩ,根据振荡周期计算,选择电阻R 2=560k Ω.当元件选取完成后,根据电路原理图连接电路(如图3-2所示)既可.
在米ultisi 米中进行仿如图3-3:
(a)
(b)
图3-1 555定时器原理及内部结构
图3-3 555多谐振荡器仿真图
经计算可得:T=1.036S,这与要求相符.
3.1.2 十二进制计数器
由信号灯白天点亮流程图可以得知,任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制(绿、黄、红时间比例为5:1:6),因此需要设计十二进制计数器,循环工作控制白
U2
LM555CM
GND 1
DIS 7 OUT 3
RST 4 VCC
8 THR 6 CON
5 TRI 2 R1 360¦¸ R2 560¦¸ C2 1uF
C3 10nF
XSC1
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
1
图3-2 仿真信号电路原理图
天信号灯的点亮
.因此,用移位寄存器组成十二进制计数器,拟选用8位串入并出移位寄存器74LS164.用74LS164组成的12进制扭环型计数器电路 ,其电路图
如图3-4所示.
3.1.3 分频器电路的设计
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.本次课程设计使用两个D 触发器组成4分频器电路.
74LS74是内有两个D 触发器的TTL 集成电路,将每一触发器接成触发器,两级串联就实现4分频,即输入1S 脉冲,输出4S 脉冲.
在米ultisi 米中四分频的电路原理图3-5所示,4分频电路输出波形如图3-6所示:
CC
V R
图3-5 四分频的电路原理图
图3-4 74LS164电路图
图3-6 4分频器电路的输出波形
从图中可以看出由555定时器组成的多谐振荡器将1S脉冲输送给2分频D触发器,两级串联就实现4分频,即输入1S脉冲,输出4S脉冲.由示波器得T=4.095S,这与要求相符.
3.1.4 直流稳压电源
信号灯采用三极管9031驱动,其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力,直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源.故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要.电源电压采用直流5V,通过变压器将室电降压到交流9V,在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压.
直流稳压电源的设计电路如图3-7所示.
在米ultisi 米中进行仿真如图3-8:
如图3-8所示通过变压器将市电降压到交流9.135V ,在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流4.979V 电压,在允许范围与要求相符.
3.1.5 信号灯驱动电路的设计
本次课程设计选择使用基本共射放大电路对发光二极管进行驱动,使其点亮.其
T1
D1
3N250
1
2 4
3 C3 1mF
U18 LM7805CT LINE VREG COMMON VOLTAGE V1 220 Vrms 50 Hz 0°
XMM1
XMM2
图3-7 直流稳压电源原理图
L
R 1mF
图3-8 直流稳压电源的仿真图。