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正文內(nèi)容

十字路口交通信號燈的控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)

2025-01-12 09:49 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的性價比。但在設計時硬件和軟件均要設計,抗干擾性能差,不通用,并且需要有接口電路與之配套,價格 中等,制造較難,維修亦較難。 結合實際情況, 根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求,我們經(jīng)過討論和論證,最終一致 選用第 三 種方案 的設計思路 對交通燈 控制系統(tǒng) 進行設計。 LED 顯示電路模塊方案 方案一: 動態(tài)掃描顯示電路方案 數(shù)字動態(tài)掃描顯示電路是由固定頻率的信號做為節(jié)拍發(fā)生起器的時鐘,由它控制節(jié)拍發(fā)生器各引腳的輸出,使各引腳不斷的輸出高電平影響各個數(shù)碼管顯示,只有在和譯碼器相連的引腳輸出高電平時數(shù)碼管發(fā)光,否則不發(fā)光。當各引南昌工程學院本科畢業(yè)設計 10 腳輸出高電平的頻率達到一定程度時,感覺不到數(shù)碼管的閃爍,從而保護了數(shù)碼管并且不會影響數(shù)據(jù)顯示。 為了避免出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,掃描頻率不能太低,人眼的臨界閃爍是 50HZ,一般可將顯示位數(shù)乘以 50HZ,作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘。這里選用 555 震蕩器構成的多諧振蕩器輸出的脈沖作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘 。 這里顯示的是四位數(shù)字,所以本設計中取振蕩器頻率為 280HZ。 節(jié)拍發(fā)生器電路是一個具有譯碼輸出端的計數(shù)器。它的各輸出端輪流輸出高電平,這樣可控制與計數(shù)器相連的譯碼器輸出,從而控制數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù) .具體電路由具有 10 個譯碼輸出端的計數(shù)器 4017 實現(xiàn),這里只顯示 4 位數(shù)字,所以 4017 的前四個輸出端,由清零端 MR 控制 Q1~Q3 四個引腳輪流的輸出高電平。 當計數(shù)器計到四時, Q4 引腳輸出高電平使 MR 為高電平,計數(shù)器清零。如此循環(huán),可驅(qū)動數(shù)碼管輪流發(fā)光顯示相應的數(shù)字。 譯碼器使用的是共陰極譯碼器 74SL48:將 Q0~Q3 分別接到四個譯碼器的 BI消隱輸入端,當哪一個引腳的輸出為高電平時,該位譯碼器為高電平,可以驅(qū)動相應數(shù)碼管發(fā)光顯示。其它的則暫時不發(fā)光 (注意用共陰極譯碼管時要接要接與之相對應的電阻,此處用 RPACK7) 。 方案二: 靜態(tài)顯示電路方案 靜態(tài)顯示電路主要包括計數(shù)器、顯示譯碼器、掃描電路構成。每個方向需要2個信號燈,所以用 2 進 制計數(shù)器即可,計數(shù)器從 0到 1循環(huán)計數(shù)。 然后掃描電路根據(jù)每個時刻的計數(shù)值計數(shù)值,輸出相應的數(shù)碼管選擇控制。當掃描到一個數(shù)碼管,根據(jù)此時需要的數(shù)值,利用顯示譯碼器翻譯為相應數(shù)碼管顯示編碼即可。 以秒為計時單位,采用 8個 LED 數(shù)碼顯示器(每個方向 2個)遞減計數(shù)作定時顯示,在遞減計數(shù)回零瞬間完成換燈操作。 優(yōu)缺點對比: 方案一它的優(yōu)點是能顯著降低 LED 功耗,能大大減少 LED 外部引線,能采用BCD 碼多路輸出方式。其缺點是需要不斷刷新、掃描,占用 CPU時間過多,影響顯示速度,穩(wěn)定性能不夠。適用于使用了多個 LED的 情況下或采用電池供電的便攜式數(shù)字儀表。 方案二雖然它的硬件較動態(tài)復雜, I/O 接口多,但它的優(yōu)點是不需要控制電南昌工程學院本科畢業(yè)設計 11 路,顯示程序簡單,顯示亮度高,顯示效果穩(wěn)定,占用 CPU時間少,適用于穩(wěn)定性要求高的信號燈控制系統(tǒng)。 經(jīng)論證,本次設計采用方案二。 紅、黃、綠三色信號燈電路方案 方案一:普通發(fā)光二極管電路方案 每個方向各采用一 組紅、黃、綠三色發(fā)光電路指示交通狀態(tài),每組發(fā)光電路由三個發(fā)紅、綠、黃光的二極管和多條線路構成,發(fā)紅光由 磷 砷化鎵 制成的二極管構成,發(fā)綠光由 磷化鎵 制成的二極管構成,發(fā)黃光由 碳化硅 制成的二極管構成。給二極管陽極端加正向電壓。 如果東西紅燈亮,那 南北方向就是綠燈亮,反之亦然,所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的。如圖 22 所示: 圖 22 信號燈電路圖 方案二:雙色信號燈電路方案。 采用 4個紅、黃、綠三色信號燈(每個方向 1個)指示交通通行狀態(tài); 雙色LED 是由一個紅燈 LED 管芯和一個綠色 LED 管芯封裝在一起,公用負端。當紅色端加高電平,綠色正端加低電平,紅燈亮;當紅色端加低電平,綠色正端加高電平,綠燈亮;兩端都加高電平時,黃燈亮。 優(yōu)缺點對比 : 方案一采用普通發(fā)光二極管其設計電路原理簡單,抗沖擊能力強 ,線路復雜,二極管使用多, LED 過多不直觀,造 價高。 方案二采用雙色雙色信號燈電路形象直觀,線路簡潔明了,更方便控制。 經(jīng)過論證,本次設計采用第二種方案。 南昌工程學院本科畢業(yè)設計 12 鍵盤電路的方案 方案一:獨立式按鍵電路 獨立式 鍵盤 就是各鍵相互獨立,每個按鍵各接一個 Input Pin,通過檢測 Input Pin 的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下 。 設置 有 3 個鍵: S 鍵 , J 鍵 , F 鍵 。 如圖 23所示。 每個按鍵一端接地,另一端接上拉電阻。低電平有效, 當按鍵按下端口接地,單片機捕獲到低電平,從而知道相應的輸入信息。 23 按鍵電路 方案二:矩陣式按鍵電路 矩陣式 鍵盤 是一種常見的輸入裝置,在日常的生活中,矩陣式鍵盤在計算機、電話、 手機 、微波爐等各式 電子 產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應用 。 采用 4個按鍵( 加 1鍵 、 減 1鍵 、設定鍵、 A/B 方向鍵)任意設定紅、黃、綠三色信號燈所亮時間在 01~ 99 秒內(nèi)。 優(yōu)缺點對比 : 方案一:獨立式按鍵電路無需編程,通過檢測電平狀態(tài)即可判斷哪個按鍵被按下。它在按鍵少時,操作速度快。在按鍵多時,需要較多 Input,電路結構 復雜。 方案二 :矩陣式按鍵電路通過編程驅(qū)動它運行,只有四個按鍵,其電路結構簡單,按鍵少,節(jié)約空間,利于硬件成品的制作。 經(jīng)過對比,本次設計采用第二種方案。 電源電路的方案 方案一:線性電源電路 線性電源電路基本上由四部分組成:變壓器、二極管或橋堆、電容或電感、三端穩(wěn)壓塊,他們之間的組合則可構成一個最基本的,也是最可靠的線性電源電南昌工程學院本科畢業(yè)設計 13 路。其中變壓器降壓,二極管或橋堆整流,電容或電感濾波,三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓。 給變壓器 一次繞組加上交流電,由于電磁感應的原理,在二次繞組上則有電壓輸出。 變壓器選擇合適 變比 。 整流電路的 作用為將經(jīng)變壓器降壓后的交變電壓通過二極管變?yōu)閱蜗虻拿}動電壓。為考慮到成本與性能,我們一般采用橋式整流的方式。它相較半波、全波整流而言,具有二極管反向耐壓值較小,通過二極管的電流較小,同時能量的利用率高等特點。 通過整流后,電源的脈動成分較大。濾波電路的作用就是降低整流后輸出電壓中的脈動成分的同時,盡量保持其中的直流成分。一般典型而有效的濾波電路就是電容濾波、電感濾波,利用它們在整流二極管導通時儲存一部分能量,然后再釋放出來,濾去電源中的脈動成 分,從而得到比較平滑的電源波形。若將電容與電感合理的安排在電路中,則可以有效的降低交流成分,保持直流成分。 方案二:開關電源電路 開關電源電路由輸入電磁干擾濾波電路、整流電路、軟啟動電路、 DCDC轉(zhuǎn)換電路、次級濾波電路構成。 整流電路的選擇比較 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電,這就是交流電的整流過程,整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓,而是一種含有 直流電壓 和 交流電壓 的混合電壓,習慣上稱單向脈動性直流電壓。電源電路中的整流電路主要有 半波整流電路 、全波整流電路和橋式整流三種 ,下面分別介紹他們的工作原理 ( 1) 半波整流電路 半波整流 電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器 B 、整流 二極管 D 和負載電阻 Rfz ,組成。變壓器把 外部 電壓變換為所需要的交變電壓 e2, D 再把交流電變換為脈動直流電。 變壓器 砍級電壓 e2,是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓。在 0~ K時間內(nèi), e2 為正 半周即變壓器上端為正下端為負。此時二極管承受正向電壓面導通, e2 通過它加在負載電阻 Rfz 上,在 π ~ 2π 時間內(nèi), e2 為負半周,變壓器次級下端為正,上端為負。這時 D 承受反向電壓,不導通, Rfz,上無電壓。在 π ~ 2π 時間內(nèi),重復 0~ π 時間的過程,而在 3π ~4π 時間內(nèi),又重復 π ~ 2π 時間的過程 ? 這樣反復下去,交流電的負半周就被南昌工程學院本科畢業(yè)設計 14 削 掉了,只有正半周通過 Rfz,在 Rfz上獲得了一個單一右向(上正下負)的電壓,如圖 24所示,達到了整流的目的,但是,負載電壓 Usc。以及負載電流的大小還隨時間而變化,因此,通常稱它為 脈動直流。 圖 24 ( 2) 全波整流電路 如果把整流電路的結構作一些調(diào)整,可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖 25 是全波整流電路的電原理圖。 全波整流電路,可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭,把次組線圈分成兩個對稱的繞組,從而引出大小相等但極 性相反的兩個電壓 e2a 、 e2b ,構成 e2a 、 D Rfz 與 e2b 、 D Rfz ,兩個通電回路。 全波整流電路的工作原理,可用圖 54 所示的波形圖說明。在 0~π間內(nèi), e2a 對 Dl 為正向電壓,D1 導通,在 Rfz 上得到上正下負的電壓; e2b 對 D2為反向電壓, D2 不導通。在π 2π時間內(nèi), e2b 對 D2 為正向電壓, D2導通,在 Rfz 上得到的仍然是上正下負的電壓; e2a 對 D1 為反向電壓, D1 不導通。 圖 23 ( 3) 橋式整流電路 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種 電路 ,只要增加兩只二極管南昌工程學院本科畢業(yè)設計 15 口連接成 “ 橋 ” 式結構,便具有全波整流電路的優(yōu)點,而同時在一定程度上克服了它的缺點。 整流電路橋式整流電路的工作原理如下: e2為正半周時,對 D D3和方向電壓, Dl, D3 導通;對 D D4 加反向電壓, D D4 截止。電路中構成 e Dl、Rfz 、 D3 通電回路,在 Rfz ,上形成上正下負的半波整洗電壓, e2為負半周時,對 D D4 加正向電壓, D D4 導通;對 D D3加反向電壓, D
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