可人工干预交通灯简易设计.docx
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可人工干预交通灯简易设计
武汉工程大学
计算机科学与工程学院
综合设计报告
设计名称:
数字逻辑综合设计
设计题目:
可人工干预的交通灯控制器
学生学号:
专业班级:
学生姓名:
学生成绩:
指导教师(职称):
课题工作时间:
至
说明:
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生;四、五两项(中英文摘要)由学生在完成综合设计后填写。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况,给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节,凡不参加答辩者,其成绩一律按不及格处理。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字,也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生,取消答辩资格,其本项综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式(适用于学院各类综合设计),各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整,并上报学院批准。
成绩评定表
学生姓名:
学号:
班级:
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时表现
10
10
按时参加综合设计,无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
由设计负责人给出
完成情况
30
20
按设计任务书的要求完成了全部任务,能完整演示其设计内容,符合要求。
10
能对其设计内容进行详细、完整的介绍,并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。
报告质量
35
10
报告文字通顺,内容翔实,论述充分、完整,立论正确,结构严谨合理;报告字数符合相关要求,工整规范,整齐划一。
5
课题背景介绍清楚,综述分析充分。
5
设计方案合理、可行,论证严谨,逻辑性强,具有说服力。
5
符号统一;图表完备、符合规范要求。
5
能对整个设计过程进行全面的总结,得出有价值的结论或结果。
5
参考文献数量在3篇以上,格式符合要求,在正文中正确引用。
答辩情况
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述,言简意明,重点突出,论点正确,条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩:
分
补充说明:
指导教师:
(签字)
日期:
年月日
答辩记录表
学生姓名:
学号:
班级:
答辩地点:
答辩内容记录:
答辩成绩
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述,言简意明,重点突出,论点正确,条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
答辩小组成员(签字):
年月日
指导教师评语
指导教师:
(签字)
日期:
年月日
一、综合设计目的、条件、任务和内容要求:
1、综合设计目的
(1)、掌握555定时计数器、计数器功能及应用;
(2)、进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法。
(3)、学会常用数字电路的设计。
2、条件
使用基本门电路元件及基本芯片。
3、任务和内容要求
控制器有时钟信号CP,其周期为1分钟。
在正常通行情况下,交通灯交替工作。
以使东西的交通放行1分钟,然后使南北路的交通放行1分钟。
此外,控制器设有“人工干预”按钮。
若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤,而南北路方向并无车量要求通行,可按下“人工干预”按钮,于是,在目前的1分钟周期结束时,仍然是南北路方向亮红灯,东西路方向亮绿灯,延长放行1分钟,而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。
指导教师签字:
年月日
二、进度安排:
一、2010-12-27---2010-12-30查阅文献,收集资料
二、2010-12-30---2011-01-01方案论证
三、2011-01-02---2011-01-06系统详细设计
四、2011-01-06---2011-01-07综合设计论文撰写
三、应收集资料及主要参考文献:
[1]朱勇数字逻辑[S],中国铁道出版社,2007。
[2]曾繁泰、李冰、李晓林,EDA工程概论[M],清华大学出版社,2002。
[3]陈德望、汤淑明、宫晓燕等,城市交叉路口交通信号控制研究的发展[J],自动化博览,2002。
[4]王彬,基于时间分布的交通灯控制系统[J],第十三届中国控制会议文集,2003。
[5]张佳佳,城市智能交通信号优化控制及仿真[D],湘潭大学,2004。
四、综合设计(课程设计)摘要(中文):
在今天,交通问题已经是个不可忽视的问题了,人车路之间的关系协调,是交通管理中需要解决的重要问题之一。
交通灯在疏导交通,管理交通秩序中,一个简单而有效地工具,已经成为交通管理中不可或缺的组成部分。
如何采用合适的控制方法,最大限度的利用好城市道路,又能保护好人民的生命安全,缓解城市主干道与匝道、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与城市规划部门亟待解决的主要问题。
为此,在应用所学的知识,设计了一个简单的交通灯控制方法,仅仅用一个固定的时钟周期,控制交通灯的转换。
这种方案中,首先设定一个60秒的固定时钟,每六十秒一次红绿灯转换,可在某一方向车辆较多时进行人工干预,使这一方向绿灯延时六十秒。
关键词:
可人工干预;交通灯
五、综合设计(课程设计)Abstract(英文):
Today,thetrafficproblemalreadyanunavoidableissue,therelationshipamongthecars,theroadandhumanbeingcoordinationintrafficmanagement,isoneoftheimportantproblemsneedtobesolved.Thetrafficlightsinthetrafficmanagement,isasimpleandeffectivetoolintrafficmanagement,hasbecomeanindispensablepart.Howtouseappropriatecontrolmethod,themaximummakegooduseofurbanroad,andcanprotectthesafetyofpeople'slives,relieveurbantrunkroadandramp,downtownwithsurroundingareasoftrafficcongestioncondition,moreandmorebecometransportationmanagementandurbanplanningdepartmentsurgentlytobesolvedinthemainissues.Therefore,intheapplicationofknowledge,designofasimpletrafficcontrolmethod,withjustafixedclockcycle,controlthetrafficlightconversion.
Thisscheme,firstseta60-secondsoffixedclock,every60-secondsatrafficlightconversion,canbeinacertaindirectionismuchmanualinterventionvehicles,makethisadirectiongreendelaysixtyseconds.
Keywords:
Canmanualintervention;Trafficlightssystem
目录
摘要………………………………………………………………………………………II
Abstract…………………………………………………………………………………...II
第一章课题背景(或绪论、概述)………………………………………………………1
1.1背景…………………………………………………………………………………....1
1.2目的……………………………………………………..…………………………….1
1.3意义及主要内容………………………………………..……………………………..2
第二章设计简介及设计方案论述..….……………………………………………………..3
2.1设计简介…………………………………………………..………………………….…3
2.2方案设计及讨论…………………………………………..………………………….…3
第三章详细设计…..………………………………………………………..………………..5
3.1时间控制电路1和2….…………………………………..………………………….…5
3.2交通灯的闪烁电路部分………..………………………..………………………….…7
3.3人工干预电路………………....…………………..………..……………………….…10
3.4多谐振荡电路……………………………………..……..………………………….…12
3.5显示电路………...………………………..……………..………………………….…13
3.6总电路图…………………....………………….………………………….……….…13
第四章设计结果及分析…………………………………………………..………………..15
4.1设计结果……………………………………....………………………………..….…15
4.2设计分析….…,…………………………………..……..………………………….…15
总结…….……………,………………………………………..…………..…………….…17
致谢…….…………………,…………………………………..………………..……….…18
参考文献…….………………..………………………………..……………...………….…19
附录主要元器件表及主要功能……….....…………………..……………………….…20
摘要
在今天,交通问题已经是个不可忽视的问题了,人车路之间的关系协调,是交通管理中需要解决的重要问题之一。
交通灯在疏导交通,管理交通秩序中,一个简单而有效地工具,已经成为交通管理中不可或缺的组成部分。
如何采用合适的控制方法,最大限度的利用好城市道路,又能保护好人民的生命安全,缓解城市主干道与匝道、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与城市规划部门亟待解决的主要问题。
为此,在应用所学的知识,设计了一个简单的交通灯控制方法,仅仅用一个固定的时钟周期,控制交通灯的转换。
这种方案中,首先设定一个60秒的固定时钟,每六十秒一次红绿灯转换,可在某一方向车辆较多时进行人工干预,使这一方向绿灯延时六十秒。
关键词:
可人工干预;交通灯
Abstract
Today,thetrafficproblemalreadyanunavoidableissue,therelationshipamongthecar,roadandhumanbeingcoordinationintrafficmanagement,isoneoftheimportantproblemsneedtobesolved.Thetrafficlightsinthetrafficmanagement,isasimpleandeffectivetoolintrafficmanagement,hasbecomeanindispensablepart.Howtouseappropriatecontrolmethod,themaximummakegooduseofurbanroad,andcanprotectthesafetyofpeople'slives,relieveurbantrunkroadandramp,downtownwithsurroundingareasoftrafficcongestioncondition,moreandmorebecometransportationmanagementandurbanplanningdepartmentsurgentlytobesolvedinthemainissues.Therefore,intheapplicationofknowledge,designofasimpletrafficcontrolmethod,withjustafixedclockcycle,controlthetrafficlightconversion.
Thisscheme,firstseta60-secondsoffixedclock,every60-secondsatrafficlightconversion,canbeinacertaindirectionismuchmanualinterventionvehicles,makethisadirectiongreendelaysixtyseconds.
Keywords:
Canmanualintervention;Trafficlightssystem
第一章课题背景(或绪论、概述)
1.1背景
在今天,交通问题已经是个不可忽视的问题了,人车路之间的关系协调,是交通管理中需要解决的重要问题之一。
交通灯在疏导交通,管理交通秩序中,一个简单而有效地工具,已经成为交通管理中不可或缺的组成部分。
如何采用合适的控制方法,最大限度的利用好城市道路,又能保护好人民的生命安全,缓解城市主干道与匝道、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与城市规划部门亟待解决的主要问题。
目前交通灯控制系统的设计软件也种类繁多,有基于EDA设计的,基于单片机设计的,基于DSP设计的,基于ARM嵌入式的等。
还有用标准逻辑器件、可编程控制器PLC等方案来实现。
但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持,在一定程度上增加了功能修改及调试的困难。
所以现在国内外广泛采用EDA技术设计交通灯控制系统。
在国外,英国,澳大利亚,日本和美国等国家均在交通控制系统上日益完善。
如以澳大利亚悉尼为背景开发的交通自适应协调系统SCATS(SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficSystem),英国的运输和道路研究所(TRRL)研制的SCOOT(SplitCycleOffsetOptimizationTechnique)系统,日本的京三(Kyosan)系统等。
这些系统,大都是在各路口附近安装磁性环路监控器,由各路口的控制设备、人员将交通控制参数通过通讯网络输入微处理器,用小型计算机进行集中处理。
目前国内已有一些自主开发的城市交通控制系统,如公安部交通科学研究所开发的HT-UTCS系统,但它在整体性能上比国外同类系统仍有较大差距,只在一些中小城市得到一些应用。
国内城市尤其是大城市引进的交通控制系统大部分为进口的SCOOT和SCATS以及京三系统等,这些系统均是建立在机动车为主的道路交通条件基础之上的被动控制系统之上的。
由于我国交通是混合交通流,和国外交通流不大相同,因此,国外的这些交通控制系统在国内的使用效果不尽人意。
所以国内科技人员也在孜孜不倦的研究着更好的交通灯控制系统,大致研究分为两类,其一是按固定配时方案运行,其二是由车辆检测器提供的实时交通信息控制信号机运行的。
如,基于时间分布的交通控制系统设计,它将一天分为N个不同的时间区间,应用计算机算出各个交通路口各时间段信号灯的最佳周期,在不同的时间区间赋予交通信号控制器不同的周期,以对应交通流量随时间的分布。
但在现实应用中,这种固定周期的交通信号灯的周期只在一天交通流量变化不大的路口可以得到较理想的效果,而交通流量呈周期变化的路口则无法两者兼顾,其只能使某个时间段达到较好效果,在另一个时刻则需要人工干预,不然可能产生交通阻塞。
再如基于模糊逻辑的智能交通灯系统,是从禁行车辆等待的时间角度出发,综合了各个方向的车辆密度的因素,模仿交通带察的行为而设计的。
其控制器采用三变量输入,输出不在是时间变量,而是车辆的通行权限。
这次,由于知识水平有限,只简单设计交通灯的简单功能,使用标准逻辑器件实现。
只为了解逻辑器件的功能,和交通灯的基本工作原理。
1.2目的
1掌握555定时计数器、计数器功能及应用;
2进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法。
3学会常用数字电路的设计。
1.3意义及主要内容
这次实验主要是让我们我们对各元件的特性和功能有更多的了解,也让我们能够对设计电路更加熟练,了解各个元器件的功能和外特性。
1、设计时间的计时电路,根据要求和实际应用,计时电路设计为60秒的倒计时功能,主要利用74192的倒计时功能和异步置数组成的60进制。
2、红绿灯主要利用各灯亮与暗之间的关系,实现红绿灯转换与黄灯灯闪烁。
红灯与绿灯不能同时亮,黄灯在红绿灯交换时闪烁,设计灯的变化方式。
3、电路利用555构成的多谐振荡器实现。
由多谐振荡器的周期计算方法,设置555即使器的周期为1秒。
4、人工干预电路使用RS触发器,干预两个计时电路。
第二章设计简介及设计方案论述
2.1设计简介
下图为这次设计的流程图,多谐振荡电路为其他模块提供时钟脉冲,人工干预可同时影响到两个时间控制电路,显示电路显示的是时间控制电路1的时间,时间控制电路1影响交通灯闪烁电路,时间控制电路2可以反馈信号给人工干预电路。
图2.1交通控制灯电路设计
2.2方案设计及讨论
2.2.1时间控制电路1和2
方案一:
让时间控制电路1和2使用同一个计时电路。
方案二:
时间控制电路1和2使用不同的计时电路。
如果用同一个计时电路的情况下,电路的设计可能比较复杂,同时控制电路也比较麻烦,所以采用了时间控制电路分开的方案二。
2.2.2交通灯的闪烁电路部分
交通灯有三种状态:
状态一:
东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮;
状态二:
东西、南北方向黄灯同时闪烁;
状态三:
东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮;
2.2.3人工干预电路
人工干预使用RS触发器,通过RS锁存一个信号,实现两个计时电路的工作转换,再通过计数器2的信号反馈,清除RS锁存的信号。
2.2.4多谐振荡电路
用555定时器构成多谐振荡器,作为电路的计时脉冲,周期为1秒。
2.2.5显示电路
由两个七段数码管组成两位的显示器,用来显示计时电路的倒计时。
第三章详细设计
3.1时间控制电路1和2
3.1.1时间控制电路1
图3.1由两块74192六十进制的倒计时电路
74192是一个可十进制的BCD计数器,MR=1时清零;PL=0时置数;DN端接脉冲时,芯片减法计数,为下降沿触发,当输出端由“0000”变到下一状态时,会从TCD端输出一个低脉冲;UP端接脉冲波时,芯片加法计数,也为下降沿触发,由“1001”变到下一状态时,会从TCU端输出一个低脉冲;D0,D1,D2,D3为置数输入端,当D0,D1,D2,D3为某一数字时,PL接收到低电平时,输出端就变为置数端的信号;Q0,Q1,Q2,Q3为输出端。
图3.2接在总电路中的时间控制电路1
因为需要,在这里我用了减法计数端,图3.1和3.2中,U1为高位,U2为低位。
当低位由“0000”跳变时,TCD端会输出一个低脉冲,利用此脉冲向高位借位,高位的置数输入端为D0=0,D1=1,D2=1,D3=0刚开始计数时,由于低位的低脉冲向高位借位,高位由“0000”跳变,TCD端输出一个低脉冲,将高位输出置为“0110”,为避免高位先置数,而借位脉冲到来较晚,使高位观察到的为“0101”开始,造成电路不稳定,所以在高位置数的部分接两个非门,避免竞争而产生的险象。
3.1.2时间控制电路2
图3.3接在总电路中的时间控制电路2
时间控制电路2与时间控制电路1的原理相同,但是计时的时间段不同,这留在人工干预时再讲。
3.2交通灯的闪烁电路部分
交通灯的变化方式是交通灯电路的重要组成部分,在交通指挥中,交通灯是与司机和行人直接交流的外部工具。
下面是交通灯中,各色灯的变化示意图,首先东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮55秒后,转为状态二,东西南北方向的黄灯同时闪烁5秒,然后南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮55秒,再变为东西南北方向的黄灯同时闪烁5秒,之后返回东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮55秒,形成一个循环。
图3.4交通灯闪烁变化方式示意图
图3.5红绿灯闪烁变化流程图
图3.6交通灯闪烁部分原理图
在控制交通灯的变化中,用两个7290,一个记录黄灯闪烁的前一状态是状态一还是状态三;另一个记录是否已经到黄灯闪烁的时刻和黄灯是否应该结束。
所以在一个红绿灯变化周期内,一个7490时钟的频率应该是另一个的一半。
由前面的红绿灯变化示意图可知,东西方向与南北方向等红绿灯正好相反,黄灯同步闪烁,所以将东西方向红、绿灯与南北方向的绿、红灯连接,黄灯直接接在一起。
所以可以只讨论一个方向,另一方向直接取反即可,下面直接以南北方向为例讨论。
这里的U1用来控制红灯;U2控制黄灯;U3控制绿灯;U4用来记录是否已经到黄灯闪烁时刻和是否到黄灯闪烁结束时刻;U5记录黄灯的前一时刻是状态一还是状态三;U6用来将信号取反;U7用来判断红、绿灯中是否有灯亮,如果没有灯亮黄灯就闪烁,有灯亮就不闪烁。
刚开始时U4、U5都输出低电平,U4的输出经一非门后变为高电平,U5的输出到U1为低电平,到U3为高电平,所以绿灯亮,红灯不亮,黄灯不会闪烁;当计时电路倒计到5秒时,有一个脉冲传到U4,U4的Q0输出端由低电平变为高电平,经过非门后,此时U1、U3的输出都变为低电平,红灯绿灯都不亮,此时黄灯闪烁;计时电路倒计到0秒时,产生的脉冲同时到达U4、U5,U4输出又变回低电平,经非门后传到U1、U3,U5输出变为高电平,此时红灯亮,绿灯不亮,黄灯停止闪烁;到下一次5秒时经过类似变化,实现一个方向的绿→黄→红→黄→绿的循环,则另一方向为一个红→黄→绿→黄→
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