交通信号灯控制系统毕业论文

1天津工业大学毕业设计（论文）交通信号灯控制系统的设计及仿真分析2011年5月30日2摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。关键词：控制系统；计时电路；主控电路；信号灯转换器；脉冲信号发生器3ABSTRACTAlongwithsocialeconomy'sdevelopment,themunicipaltransportationquestionarousespeople'sinterestmoreandmore.Theperson,thevehicle,roadthreerelations'coordinated,whichhasbecomeonewhichofimportantquestionsthetrafficcontroldepartmentneedstosolve.Themunicipaltransportationcontrolsystemisusesinthemunicipaltransportationdatamonitor,thestreet-trafficcontrollightscontrolandthetransportationunblockingcomputerintegratedmanagesystem,whichisinthemodernmunicipaltransportationmonitoringcommandsystemthemostimportantconstituent.Alongwithurbanvehiclequantity'sunceasingincrease,manybigurbanlikeBeijing,Shanghai,Nanjingandsoonhadthetransportationexcessloadmovementsituation,therefore,fromthelate80s,thesecitiesconstructstheurbanspeed-wayinabundance,completestheinitialperiodinthespeed-wayconstruction,theyalsoonceeffectivelyimprovedthetrafficcondition.However,andlacksalongwiththevolumeoftrafficswiftgrowthtospeed-way'ssystemresearchandthecontrol,thespeed-wayhasnotplayedtheanticipatedrolefully.Buturbanspeed-waycharacteristicstructurally,alsohaddecidedtheurbanspeed-way'strafficconditionreceivesthespeed-wayandtheordinarypathcouplingplacetrafficconditionrestrictioninevitably.Therefore,howtousetheappropriatecontrolmethod,maximumlimitusesthegoodconsumptionlargeamountofmoneyconstructiontheurbanspeed-way,alleviatesthemainyangormaleprincipleandthecircularroute,thecitysupportswiththeperipherallocalitytransportationstopsupthecondition,becomesthesubjectmatterwhichmoreandmoretrafficmanagementandtheurbanplanningdepartmenturgentlyawaittobesolved.Therefore,IdesignedaplanabouttrafficlightcontrolcircuitbytheknowledgeIstudied.Trafficlight'scontrolsystemmainlybythetimingcircuit,themastercontrolelectriccircuit,thesignallightswitch,thesignalimpulsegeneratoriscomposed.Keyword:Controlsystem;Timingcircuit;Mastercontrolelectriccircuit;Signallightswitch;Signalimpulsegenerator4目录第一章绪论…………………………………………………………11.1交通信号灯控制系统研究的背景和意义………………………………11.2交通信号灯控制系统设计方案……………………………………………1第二章状态控制器设计……………………………………………42.1状态分析……………………………………………………………………42.2CD4029的引脚图及引脚功能……………………………………………42.3状态控制器设计图…………………………………………………………5第三章状态译码器设计……………………………………………63.1控制信号灯的译码电路的真值表…………………………………………63.2电路分析……………………………………………………………………63.3三态门的功能………………………………………………………………73.4状态译码器设计图…………………………………………………………7第四章定时系统设计………………………………………………94.1计数器的作用及工作情况………………………………………………94.2共阳极LED七段数码管引脚图……………………………………………94.374LS247译码器引脚图及引脚功能……………………………………104.4数码连接译码电路…………………………………………………………114.5三态门74LS245的引脚图及引脚功能…………………………………124.6触发器的电路结构及功能………………………………………………124.7定时系统设计图……………………………………………………………13第五章秒脉冲发生器设计…………………………………………155.1555定时器介绍……………………………………………………………155.2NE555的特点………………………………………………………………155.3555定时器的引脚排列图及引脚功能……………………………………165.4555定时器构成的秒信号发生器…………………………………………165.5秒信号发生器工作原理……………………………………………………18第六章仿真软件介绍及仿真分析…………………………………2056.1仿真软件介绍………………………………………………………………206.2仿真调试交通信号灯状态控制器…………………………………………206.3仿真调试交通信号灯显示电路……………………………………………216.4仿真调试交通信号灯定时电路……………………………………………226.5仿真调试秒脉冲发生器……………………………………………………236.6仿真调试整个系统…………………………………………………………25总结……………………………………………………………………26参考文献………………………………………………………………27附录……………………………………………………………………28谢辞……………………………………………………………………36天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）1第一章绪论1.1交通信号灯控制系统研究的背景和意义世界上第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。中国最早的马路红绿灯，是于1908年出现在上海的英租。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善[1]。随着社会的发展和进步，路上的车辆越来越多，而道路建设往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。我国汽车工业正处在起步阶段，限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修路，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少适时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们的出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位甚至是生命道路的延伸。研究城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值，解决了城市交通拥挤问题，提高了城市交通的效率，适应未来的城市交通的发展，从长远来看该研究具有巨大的现实意义。1.2交通信号灯控制系统设计方案十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行[2]。故本设计如下：1主、支干道交替通行，设主干道通行时间为30s，干道通行时间为20s。2绿灯亮表示可通行，红灯亮表示禁止通行。3每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5s（此时另一干道上的红灯不变）。4十字路口要有数字显示，作为等候时间提示。主、支干道通行时间及黄灯亮的天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）2时间均以秒为单位作减计数。5在黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。6主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。故系统工作流程图如图1-1所示：图1-1系统工作流程图要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由控制器、译码器、秒脉冲发生器、计数器信号灯译码驱动电路[3]和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整个电路的原理框图如图1-2所示：天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）3图1-2交通灯控制系统的