【正文】 ................................ 21 紅、黃、綠三色信號(hào)燈電路模塊的設(shè)計(jì) ........................................................... 22 鍵盤(pán)電路的模塊電路的設(shè)計(jì) ............................................................................... 24 電 源電路 的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 25 第四章 調(diào)試步驟 ................................................................................................ 26 . 調(diào)試過(guò)程和結(jié)果 ........................................... 26 總 結(jié) .................................................................................................................. 27 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 28 致 謝 .................................................................................................................. 29 附頁(yè)： .................................................................................................................. 30 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第一章 引言 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀和前景概述 早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長(zhǎng)的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。第一次對(duì)交叉路口交通的控制嘗試起源于 1868年英國(guó)倫敦，當(dāng)時(shí)由警察手工輪流變換指揮用的旗幟，當(dāng)時(shí)的控制指令可以稱(chēng)之為旗語(yǔ)。這種控制方式在 1908 年傳到美國(guó)紐約，并且很快在全國(guó)傳播開(kāi)來(lái)。城市電氣化的發(fā)展導(dǎo)致了 1914 年在俄亥俄州的克利夫蘭市出現(xiàn)了第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的交通信號(hào)燈。世界上第一盞名副其實(shí)的三色燈 (紅、黃、綠三種標(biāo)志 )于 1918年誕生。它是 三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。 1919 年，紐約市開(kāi)始把手動(dòng)指揮的旗子換成了電機(jī)控制的信號(hào)燈。在 1923 年， Garrett Man 申請(qǐng)專(zhuān)利 Man 交通信號(hào)燈，后來(lái)賣(mài)給了通用電氣公司。到 1932 年，在布魯克林市 Parkside 大街上的最后一個(gè)手動(dòng)控制的旗子也被電機(jī)控制信號(hào)燈取代。從 1920 年到 1970 年近 50 年的時(shí)間里，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈占據(jù)了交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要市場(chǎng)。周期長(zhǎng)度是通過(guò)安裝合適的齒輪來(lái)進(jìn)行保證的，通過(guò)在一個(gè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)上插入銷(xiāo)子來(lái)把周 期分成不同的時(shí)間間隔。為了適應(yīng)交通變化的需要，這種劃分時(shí)間的方式被稱(chēng)為“三個(gè)時(shí)段”劃分法。同時(shí)為了保證相鄰的交叉口能夠在一個(gè)交通信號(hào)系統(tǒng)中以預(yù)計(jì)的信號(hào)周期、綠信比和相位差下工作，一種“七條線(xiàn)纜”連接的方式發(fā)展起來(lái)，以使相鄰的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈能夠在一種系統(tǒng)控制的方式下工作，即使現(xiàn)在我們步入了新千年，在一些城市的某些地方仍然使用這種基于三個(gè)時(shí)段劃分周期的信號(hào)控制器和七條線(xiàn)纜連接的系統(tǒng)。甚至，大部分在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中發(fā)展起來(lái)的術(shù)語(yǔ)到現(xiàn)在仍然在現(xiàn)代的微處理控制器中使用。在 20 世紀(jì) 60 年代早期，計(jì)算機(jī)被引進(jìn)到交通信號(hào) 控制系統(tǒng)中。在 1963 年，第一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)控制系統(tǒng)在加拿大的多倫多市安裝，到 20 世紀(jì) 70 年代，微處理器被普遍使用，相應(yīng)的硬件和軟件也開(kāi)始起步。從最早的手牽皮帶到 20 世紀(jì) 50 年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善?，F(xiàn)在，交通控制更是趨向智能化方向發(fā)展，相信我們將來(lái)的交南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 通一定是暢通而便捷的。 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)研究的目的和意義 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著 中國(guó)加入 WTO，不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。俗話(huà)說(shuō) “ 要想富，先修路 ” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通安全。因此，隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，城市人口的日益壯大， 出現(xiàn)了交通阻塞，交通事故發(fā)生頻率高，交通環(huán)境污染，交通治安混亂等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的生活， 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制是非常必要的 。 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，路上的車(chē)輛越來(lái)越多，而道路建設(shè)往往跟不上城市發(fā)展的速度，因此城市交通問(wèn)題日益突出，經(jīng)常在十字路 口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，出現(xiàn)交通混亂。 為了解決車(chē)和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車(chē)輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)正處在起步階段，限制車(chē)輛的增加不是解決問(wèn)題的好方法。而采取增加供給，即大量修路 ， 在資源、環(huán)境矛盾越來(lái)越突出的今天，有限的源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來(lái)滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一 。 交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類(lèi)交通因需求 的增多而日益繁重帶來(lái)的問(wèn)題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車(chē)輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無(wú)序和搶行等無(wú)控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線(xiàn)路車(chē)輛的多少適時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線(xiàn)路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們的出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線(xiàn)路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位甚至是生命道路的延伸 。 研究城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有相 當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值 ，解決了城市交通擁擠問(wèn)題，提高了城市交通的效率， 適應(yīng)未來(lái)的城市交通的發(fā)展 ， 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義 。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第二章 交通信號(hào)燈的控制電路設(shè)計(jì)方案比較和論證 在交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)中， 根據(jù)前后相流量來(lái)決定信號(hào)燈配時(shí)的模糊控制系統(tǒng)的理論研究成果，用 PLC 或微機(jī)原理或單片機(jī)來(lái) 實(shí)現(xiàn)單個(gè)十字路口交通信號(hào)燈模糊控制的方法，以單個(gè)十字路口 4相位交通燈為例優(yōu)化信號(hào)燈的配時(shí)，從而可以有效的解決交通流量不均衡 ，具有控制精度高，操作簡(jiǎn)單，以及性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。因此，該選題要求采用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬十字路 口交通信號(hào)燈的控制是完全可行的?？傠娐贩娇驁D如圖 21所示，由單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、 LED顯示電路、發(fā)光二極管指示燈電路、鍵盤(pán)電路、電源電路 等模塊組成。 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、 時(shí)鐘電路 、 復(fù)位電路 等組成。 單片機(jī)為主體， 電源電路輸出電流電壓到單片機(jī)，復(fù)位電路為系統(tǒng)信號(hào)復(fù)位，內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器控制單片機(jī)電路，并接受單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)。單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別輸送到雙色顯示電路、 LED 顯示電路，顯示電路接受信號(hào)，顯示數(shù)字、顏色。通過(guò)鍵盤(pán)電路可以 將給定的信號(hào)輸送至單片機(jī)電路。 圖 21 電路方框圖 主控制器電路模塊方案 方案一： 數(shù)字邏輯電路控制方案 數(shù)字邏輯電路控制系統(tǒng)主要由各種邏輯元件構(gòu)成，包括計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器以及各種門(mén)電路。為實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，我們 用基本的 555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)定內(nèi) 部秒定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 復(fù)位電路 電源電路 單片機(jī)電路 驅(qū)動(dòng)電路 雙色顯示電路 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路 LED 顯示電路 鍵盤(pán)電路 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 時(shí)），計(jì)數(shù)芯片（如 74LS163， 74LS160 等）完成計(jì)時(shí)功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如 74LS138）等基本芯片，結(jié)合電阻，電容等基本元件，通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。 方案二：繼電器接觸器控制 方案 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱(chēng)為斷續(xù)控制系統(tǒng)。 方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)控制方案 單片機(jī)是核心控制元件，包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及其他功能部件。它們通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)連接起來(lái)。通過(guò)輸入 /輸出口線(xiàn)與外部設(shè)備及外圍芯片相連。硬件電路較為簡(jiǎn)單，主要用軟件來(lái)控制，控制方式靈活多樣，并可利用中斷等方式通過(guò)程序方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)。 使用單片可編程來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。 利用單片機(jī)的外圍擴(kuò)展，顯示電路構(gòu)成基本硬件。然后編程實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí) 、 控制 、 顯示電路的 控制，然后調(diào)試，完成設(shè)計(jì)。 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比： 方案一：這種系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路非常簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，元件少，體積小， 穩(wěn)定性好 ， 可靠性和性?xún)r(jià)比都很高。 難點(diǎn)在于電路的連線(xiàn)復(fù)雜，維護(hù)起來(lái)比較困難。 方案二：這種系統(tǒng)也具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用固定接線(xiàn)方式，接線(xiàn)多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。 方案三 : 它的特點(diǎn)是用軟件設(shè)計(jì)替代了硬件設(shè)計(jì)，提