基于Multisim12信號(hào)燈控制器的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真

張浩 管芳笛

摘要：

隨著社會(huì)主義建設(shè)，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市的交通樞紐問題越來越引起人們的關(guān)注。本文首先分析了交通信號(hào)燈的研究背景和技術(shù)現(xiàn)狀，然后利用Multisim12仿真軟件研究設(shè)計(jì)了一種交通信號(hào)燈控制器，經(jīng)仿真檢驗(yàn)表明該控制器對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制可以達(dá)到預(yù)期目的。本設(shè)計(jì)可以有效緩解車輛擁堵情況，提高車行效率和道路利用率，對(duì)交通通訊行業(yè)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

Multisim;交通信號(hào)燈;控制器;仿真檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：

TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

A

文章編號(hào)：

1672-9129（2020）15-0087-01

1設(shè)計(jì)背景

1.1交通信號(hào)燈的研究意義。隨著我國城市建設(shè)的加快，機(jī)動(dòng)車輛的數(shù)量越來越多[1]，而交通建設(shè)直接影響城市交通安全的整體水平。交通信號(hào)燈改變了目前交警輪流指揮疏導(dǎo)交通擁堵的局面，將人、車、路三者的通行結(jié)構(gòu)進(jìn)行同步統(tǒng)一協(xié)調(diào)。同時(shí)，人們對(duì)交通信號(hào)燈的需求也越來越高，更深層次的了解和研究才可以適應(yīng)時(shí)代進(jìn)步的步伐，所以交通信號(hào)燈具有極大的研究意義。

1.2交通信號(hào)燈控制技術(shù)的現(xiàn)狀。上世紀(jì)80年代以來，交通信號(hào)控制體系逐漸加強(qiáng)并細(xì)化，人們對(duì)交通信號(hào)燈控制的自覺程度不斷提高，雖緩解了一定程度的交通擁堵狀況，但隨著交通量的快速增長(zhǎng)，沒有充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，提高交叉路口通行效率、保證行車安全是目前急需解決的問題。國內(nèi)大部分學(xué)者對(duì)交通信號(hào)燈控制的研究只是做到了對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，如兩相位、單行線的信號(hào)控制或固定信號(hào)周期和信號(hào)序列的方法[2]，疏導(dǎo)交通狀況效果并不理想。

2總體方案設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路。交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器、信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器和譯碼驅(qū)動(dòng)器四部分單元電路組成。其中，時(shí)鐘信號(hào)是由多諧振蕩器產(chǎn)生的1Hz秒脈沖信號(hào)，而且秒脈沖信號(hào)可以通過分頻器產(chǎn)生出1/60Hz的分脈沖信號(hào)，然后選擇秒脈沖或分脈沖信號(hào)對(duì)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行觸發(fā)，計(jì)數(shù)器由預(yù)置數(shù)開始進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中數(shù)字由譯碼數(shù)碼管顯示，再經(jīng)信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器改變信號(hào)燈的變化，直到倒計(jì)時(shí)末了;譯碼驅(qū)動(dòng)器是進(jìn)行譯碼工作時(shí)，有額定的工作電壓差將東西和南北兩個(gè)方向車道的交通信號(hào)燈點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)十字路口交通信號(hào)燈的功能。

2.2設(shè)計(jì)原理及功能。

（1）設(shè)計(jì)原理。秒脈沖信號(hào)發(fā)生器用來驅(qū)動(dòng)較小個(gè)數(shù)的方波或脈沖波輸出，二極管再進(jìn)行發(fā)光閃爍工作。倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器用來控制數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，引起交通信號(hào)燈的變化。計(jì)數(shù)器可由74LS190實(shí)現(xiàn)，交通信號(hào)控制器可由JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。新增功能是在交通燈每次進(jìn)行紅綠黃的轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)觸發(fā)揚(yáng)聲器提醒路人。

工作過程簡(jiǎn)述如下：首先對(duì)倒計(jì)時(shí)模塊進(jìn)行預(yù)置數(shù)設(shè)置，然后倒計(jì)時(shí)和信號(hào)燈同時(shí)開始工作，一開始東西方向是綠燈，南北方向是紅燈，倒計(jì)時(shí)從25秒開始以每秒減一的速度進(jìn)行計(jì)時(shí);當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“05”時(shí)，信號(hào)燈狀態(tài)改變，東西方向?yàn)辄S燈閃爍，南北方向?yàn)榧t燈;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“00”時(shí)，信號(hào)燈狀態(tài)改變，東西方向是紅燈，南北風(fēng)向?yàn)榫G燈，然后計(jì)數(shù)器重新預(yù)置數(shù)為25;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“05”時(shí)，信號(hào)燈狀態(tài)改變，東西方向?yàn)榧t燈，南北方向?yàn)辄S燈閃爍。如此循環(huán)使交通燈運(yùn)作，兩條路交替通行。

（2）設(shè)計(jì)功能。交通信號(hào)燈的控制器為了使東西和南北兩方向交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間均設(shè)為45s。隨著十字路口交通情況的復(fù)雜程度，時(shí)間可以適度調(diào)整。東西和南北兩方向車道既有紅、黃、綠燈指示，也有顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。另外，交通信號(hào)燈控制器設(shè)有拓展功能，交通燈每次進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換時(shí)，觸發(fā)揚(yáng)聲器可以提醒路人。

2.3主控制電路。

（1）交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器。交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器利用邊沿JK觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能，在CP下降沿來臨前完成接收輸入信號(hào)，來臨時(shí)完成翻轉(zhuǎn)，來臨后將其封鎖。它的抗干擾性能好，不易被打斷，并且傳輸速率快。

（2）倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器。倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器主要由2片74LS190N芯片組成，利用數(shù)碼二極管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，且數(shù)碼管價(jià)格較便宜、使用較簡(jiǎn)便，在電子產(chǎn)品中具有廣泛應(yīng)用。

（3）信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器合成。交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器與倒計(jì)定時(shí)計(jì)數(shù)器共同組成交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器。

3仿真檢測(cè)結(jié)果

利用交通信號(hào)控制器電路，進(jìn)行仿真檢測(cè)。測(cè)驗(yàn)結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)正常狀態(tài)下的交通信號(hào)燈控制，且測(cè)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)想一致。

4結(jié)語

通過Multisim仿真軟件研究設(shè)計(jì)出一種交通信號(hào)燈控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口信號(hào)燈的控制，有效疏導(dǎo)交通。利用Multisim仿真軟件，可以方便地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。能夠指示機(jī)動(dòng)車輛和人群有序通行，保障道路交通順暢，減少道路堵塞。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊潔，毛嘉玲，翁永妍，楊成，陸瑤.機(jī)動(dòng)車尾氣污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)綜述與展望[J].蘇州科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，36（04）：1-10.

[2]沈振乾.基于機(jī)器視覺的交叉路口智能交通燈控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津工業(yè)大學(xué)，2014.

[3]陳嘉.基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].中國新通信，2019，21（21）：76.