精選文檔PAGEPAGE28——十字路口的交通燈把握電路設計摘要本論文主要闡述了交通信號燈的消滅，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行力量，削減交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通把握方面也應與國際接軌。俗話說“要想富，先修路”，但路修好了假如在交通把握方面做不好道路還是無法保障暢通平安。作為交通把握的重要組成部份的交通信號燈也應國際化。隨著社會經濟的進展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通把握系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈把握與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，很多大城市如北京、上海、南京等消滅了交通超負荷運行的狀況，因此，自80年月后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統爭辯和把握，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也打算了城市高速道路的交通狀況必定受高速道路與一般道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何接受合適的把握方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題。以下就交通燈把握系統的電路原理、設計和試驗調試等問題來進行具體分析爭辯。關鍵詞：交通燈自動把握定時精確?????報警高速目錄TOC\o"1-3"\h\u一、 對交通信號燈的把握 61．1題目要求 6二、 交通燈的組成 62．1交通燈把握系統的原理框圖 62．2交通燈運行狀態 72．2．1一般十字路口的交通燈把握系統的工作過程 8三、 單元電路的設計 103．1秒脈沖發生器 103．2定時器 113．3把握器 133．4譯碼器 143．5交通信號燈 163．6整個交通燈把握系統的布局 16四、 PCB的制作 164．1原理圖的繪制 174．2PCB的排線 17五、 焊接技術 175.1導線的焊接 175．1．1焊接操作姿勢與衛生 185．1．2焊接的基本操作 185．2印制電路板的焊接 205．3焊后處理 21六、 仿真過程與效果分析 216．1電路試調 226．1．1調試前的檢查 226．2調試中留意的事項 236．3通電后的測試 236．4操作說明 24七、 元器件清單 25八、 結束語 26九、 謝詞 27十、 參考文獻 28對交通信號燈的把握1．1題目要求信號燈收一個啟動開關把握，當啟動開關接通時，信號系統開頭工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，全部信號燈都熄滅。南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，假猶如時亮時應當關閉信號燈系統，并報警。南北紅燈亮維持25s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮并維持20s，到20s時東西綠燈閃爍，閃爍3s后熄滅。在東西綠燈熄時，東西黃燈亮，并維持2s，到2s時，東西黃燈滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮維持30s，南北綠燈維持25s，然后閃爍3s熄滅，同時南北黃燈亮，維持2s后熄滅。這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。周而復始。交通燈的組成2．1交通燈把握系統的原理框圖如圖2、1所示。它主要由把握器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發生器等部分組成。秒脈沖發生器是該系統中定時器和把握器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的把握信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，把握器是系統的主要部分，由它把握定時器和譯碼器的工作。圖中：TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。ST：表示定時器到了規定的時間后，由把握器發出狀態轉換信號。由它把握定時器開頭下個工作狀態的定時。圖2、1交通燈把握系統的原理框圖2．2交通燈運行狀態兩方向車道的交通燈的運行狀態共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如圖2、2所示圖2、2兩方向車道的交通燈的運行狀態2．2．1一般十字路口的交通燈把握系統的工作過程（1）如圖2、2狀態0所示，甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規定的時間隔TL時，把握器發出狀態信號ST，轉到下一工作狀態。（2）如圖2、2狀態1所示，甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛連續通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規定時間間隔TY時，把握器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。（3）如圖2、2狀態2所示，甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規定的時間間隔TL時，把握器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。（4）如圖2、2狀態3所示，甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛連續通行。黃燈亮足規定的時間間隔TY時，把握器發出狀態轉換信號ST，系統又轉換到工作狀態1。交通燈以上4種工作狀態的轉換由把握器進行把握。設把握器的四種狀態編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則把握器的工作狀態及功能如下表2.2.1所示。把握器狀態信號燈狀態車道運行狀態S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行表2.2.1把握器工作狀態及其功能把握器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的把握信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規定：AG=1：甲車道綠燈亮；BG=1：乙車道綠燈亮；AY=1：甲車道黃燈亮；BY=1：乙車道黃燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮；BR=1：乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖，如圖2、3所示。設把握器的初始狀態為S0（用狀態框表示S0），當S0的持續時間小于25秒時，TL=0（用推斷框表示TL），把握器保持S0不變。只有當S0的持續時間等于25秒時，TL=1，把握器發出狀態轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。圖2、3交通燈把握器的ASM單元電路的設計3．1秒脈沖發生器脈沖信號發生器用的是555定時器構成多諧震蕩器，震蕩頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如圖3、1所示：圖3、1秒脈沖產生器3．2定時器定時器由與系統秒脈沖（由上面時鐘脈沖產生器供應）同步的計數器構成，要求計數器在狀態信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開頭進行增1計數，向把握器供應模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數器，它具有同步清零、同步置數的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖3、2和圖3、3所示，其功能表如表3、1所示。圖中，是低電平有效的同步清零輸入端，是低電平有效才同步并行置數把握端，CTp、CTT是計圖12、2交通燈的ASM圖數把握端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數據輸入端，Q0～Q3是數據輸出端。由兩片74LS163級聯組成的定時器電路如圖3、4所示。圖3、274LS163的外引線排列圖圖3、374LS163時序波形圖表3、174LS163功能表圖3、4定時器電路圖3．3把握器把握器是交通管理的核心，它應當能夠依據交通管理規章把握信號燈工作狀態的轉換。從ASM圖可以列出把握器的狀態轉換表，如表3、2所示。選用兩個D觸發器FF1、FFO做為時序寄存器產生4種狀態，把握器狀態轉換的條件為TL和TY，當把握器處于Q1n+1Q0n+1＝00狀態時，假如TL＝0，則把握器保持在00狀態；假如，則把握器轉換到Q1n+1Q0n+1＝01狀態。這兩種狀況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余狀況依次類推，同時表中還列出了狀態轉換信號ST。表3、2把握器狀態轉換表依據表3、2可以推出狀態方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和ST為1的項所對應的輸人或狀態轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：依據以上方程，選用數據選擇器74LS153來實現每個D觸發器的輸入函數，將觸發器的現態值（Q1n、Q0n）加到74LS153的數據選擇輸入端作為把握信號．即可實現把握器的功能。把握器的規律圖如圖3、5所示。圖中R、C構成上電復位電路。圖3、5把握器規律圖3．4譯碼器譯碼器的主要任務是將把握器的輸出Q1、Q0的4種工作狀態，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態。把握器的狀態編碼與信號燈把握信號之間的關系如表3、3所示。表3、3把握器狀態編碼與信號燈關系表狀態AGAYARBGBYBR001

0

00

0

1010

1

00

0

1100

0

11

0

0110

0

10

1

0由秒脈沖發生器產生了周期性變化的CP脈沖，一部分送給了定時器的74LS163芯片，另一部分送給了把握器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的狀況下，通過芯片74LS00將會輸出TY、T/Y/；TL、T/L/、即TY和T/Y/放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和T/L/放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY、T/Y/；TL、T/L/分別作用于把握器的芯片74LS153中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出凹凸變化的電平。把握器中的信號在送給由芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的規律電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現。圖3、6譯碼器部分的規律圖3．5交通信號燈六個發光二極管(留意二極管的極性)3．6整個交通燈把握系統的布局見附件PCB的制作4．1原理圖的繪制把副表的原理圖在Protel2004中繪制出來。4．2PCB的排線焊接技術5.1導線的焊接導線焊接在電子產品裝配中占有重要位置。實踐中發覺，消滅故障的電子產品中，導線焊點的失效率高于印制電路板，有必要對導線的焊接工藝賜予特殊的重視。5．1．1焊接操作姿勢與衛生焊劑揮發出的化學物質對人體有害的，假如操作時鼻子距烙鐵頭太近，則很簡潔將有害氣體吸入。一般烙頭距鼻子至少不少于30cm，通常400cm以上為宜。電烙鐵拿法有幾種，一般在操作臺上焊接電路板時多接受握筆法。使用烙鐵要配置烙鐵架，電烙鐵使用之后要穩妥放于烙鐵架上，留意導線等物不要碰觸烙鐵頭。由于焊錫絲成分中，鉛占肯定比例，眾所周知鉛是對人體有害的重金屬，因此操作時應戴手套或操作后洗手，避開將其食入。5．1．2焊接的基本操作(1)焊件表面處理手工烙鐵焊接中遇到的焊件是各種各樣的電子元件和導線，除非在規模生產條件下使用“保鮮期”內的電子元件，一般狀況下遇到的焊件往往都需要進行表面清理工作，去除焊接面上的銹跡、油污、灰塵等影響焊接質量的雜質。手工操作常用機械刮磨和酒精、丙酮擦洗等簡潔易行的方法。(2)預焊預焊就是將要錫焊的元器件引線或導線的焊接部位預先用焊錫潤濕，一般也稱為鍍錫，上錫，搪錫等。稱此過程為“預焊”是精確?????的，由于其過程和機理都是錫焊的全過程──焊料潤濕焊件表面，靠金屬的集中形成結合層后而使焊件表面“鍍”上一層焊錫。其實預焊并不是錫焊必不行少的步驟，但在手工焊接特殊是修理，調試，研制工作中預焊可以提高產品的質量和牢靠性。如圖13所示：圖13焊接過程圖（3）不要用過量的焊劑適量的焊劑是必不行少的，但絕不是越多越好。過量的松香不僅造成焊后焊點四周難以清潔，而且延長了焊接時間（松圖13元件的引腳與預焊香溶化、揮發會帶走熱量），降低工作效率；而當加熱時間不足時又簡潔夾雜到焊錫中形成“夾渣”缺陷；對開關元件的焊接，過量的焊劑簡潔流到觸點處，造成接觸不良。合適的焊劑量應當是僅能浸濕將要形成的焊點。對使用松香芯的焊錫絲來說，基本不需要再涂焊劑。（4)持烙鐵頭的清潔由于焊接時烙鐵長期處于高溫狀態，又接觸焊劑等受熱分解的物質，其表面很簡潔氧化而形成一層黑色雜質，這些雜志幾乎形成隔熱層，使烙鐵頭失去加熱作用。因此要隨時在烙鐵架上蹭去雜志。用一塊濕布或濕海綿隨時擦烙鐵頭，也是常用的方法。(5)熱要靠焊錫橋非流水線作業中，一次焊接的焊點是多種多樣的，我們不行能不斷換烙鐵頭。要提高烙鐵頭加熱的效率，需要形成熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，就是靠烙鐵上保留少量焊錫作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。明顯由于金屬液的導熱效率遠高于空氣，而使焊件很快被加熱到焊接溫度（如圖14）。應留意作為焊錫橋的錫保留不行過多。圖14焊錫橋作用（6）焊錫量要合適過量的焊錫不但毫無必要地消耗了較貴的焊錫，而且增加了焊接時間，相應降低了工作速度。更為嚴峻的是在高密度的電路中，過量的錫很簡潔造成不易覺察的短路。但是焊錫過少不能形成堅固的結合，降低焊點強度，特殊是在電路板上焊導線時，焊錫不足往往造成導線脫落，如圖15所示。圖15焊點的狀態（7）元件要固定在焊錫凝固之前不要使焊件移動或震驚，特殊是用鑷子夾住焊件時肯定要等焊錫凝固再移去鑷子。這是由于焊錫凝固過程是結晶過程。依據結晶原理，在結晶期間受到外力（焊件移動）會轉變結晶條件，導致晶體粗大，造成所謂“冷焊”。外觀現象是表面無光澤呈豆渣狀；焊點內部結構疏松，簡潔有氣隙和裂縫，造成焊點強度過低，導電性能差。因此在焊錫凝固前肯定要保持焊件靜止。實際操作時可以用各種合適的方法將焊件固定，或使用牢靠的夾持措施。5．2印制電路板的焊接焊接印制板，除遵循錫焊要領外，以下幾點須特殊留意：（1）電烙鐵，一般應選內熱式20～35W或調溫式，烙鐵的溫度不超過300℃的為宜。烙鐵頭外形應分局印制板焊盤大小接受鑿形或錐形，目前印制板進展趨勢是小型密集化，因此一般常用小型圓錐烙鐵頭。焊接的焊接角度（2）加熱方法，加熱時應盡量使烙鐵頭同時接觸印制板上銅箔和元器件引線（圖七）。對較大的焊盤（直徑大于5mm）焊接時可移動烙鐵，即烙鐵繞焊盤轉動，以免長時間停留一點導致局部過熱，如圖八所示。（3）金屬化孔的焊接，兩層以上電路板的孔都要進行金屬化處理。焊接時不僅要讓焊料潤濕焊盤，而且孔內也要潤濕填充。因此金屬化孔加熱時間應長于單面板。（4）焊接時不要用烙鐵頭摩擦焊盤的方法增加焊料潤濕性能，而要靠表面清理和預焊。（5）耐熱性差的元器件應使用工具幫助散熱（圖十八）。5．3焊后處理（1）剪去多余引線，留意不要對焊點施加剪切力以外的其他力。（2）檢查印制板上全部元器件引線焊點，修補缺陷。（3）依據工藝要求選擇清洗液清洗印制板。一般狀況下使用松香焊劑后印制板不用清洗。仿真過程與效果分析6．1電路試調電路連接完后，要進行調試，以檢測是否達到要求。實踐表明，一個電子裝置，即使依據設計的電路參數進行安裝往往也難于達到預期效果。這是由于人們在設計時，不行能周全地考慮各種簡單的客觀問題，必需通過安裝后的測試和調整，來發覺和訂正設計方案的不足。然后實行措施加以改進，使裝置達到預定的技術指標。因此調整電子電路的技能對從事電子技術及有關領域工作的人員來說，是不應缺少的。調試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發生器。6．1．1調試前的檢查電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習慣，先要認真檢查。其檢查內容包括：（1）連線是否正確檢查的方法通常有兩種方法：a.依據電路圖檢查安裝的線路這種方法的特點是依據電路圖連線，按肯定挨次安裝好的線路，這樣比較簡潔查出哪里有錯誤。依據實際線路來對比原理圖電路進行查線這是一種以元件為中心進行查線的方法。把每個元件引腳的線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還簡潔查出多線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應在電路圖上做出標記，最好用指針式萬用表“歐姆1”擋，或數字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器件引腳，這樣可以同時發覺接觸不良的地方。b．元器件的安裝狀況檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發光二極管“+”、“-”極不要接反。(2)調試方法與原則通電觀看把經過精確?????測量的電源接入電路。觀看有無特別現象，包括有無元件發熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現象等；如有此現象，應馬上斷電源，待排解故障后才能通電。一步對電路參數提出合理的修正。6．2調試中留意的事項為了保證效果，必需減小測量誤差，提高測量精度。為此，需留意以下幾點：（1）正確使用測量儀器的接地端（2）測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必需遠大于被測處的等效阻抗。由于，若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結果帶來很大的誤差。（3）儀器的帶寬必需大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點。（4）用同一臺測量儀進行測量進，測量點不同，儀器內阻引起的誤差大小將不同。（5）調試過程中，不但要認真觀看和測量，還要于記錄。記錄的內容包括試驗條件，觀看的現象，測量的數據，波形和相位關系等。只有有了大量的牢靠試驗記錄并與理論結果加以比較，才能發覺電路設計上的問題，完善設計方案。（6）調試時消滅故障，要認真查找故障緣由，切不行一遇故障解決不了的問題就拆掉線路重新安裝。由于重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應當認真檢查.調試結果是否正確，很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。對于本交通燈來說，只要不消滅特別的現象，一般不需要調試，直接進行測量。測試電路中線路是否接通同上用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為零，假如是零，則證明是通的；假如是無窮大，則證明中間有線是短開的，則要一根一根的檢查該組的沒一根線，直到查出為止。6．3通電后的測試（1）測試電源用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否達到額定電壓（本產品為+5V），假如不是，則換電源。（2）測試芯片的電源輸入端同上用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端與接電源端的點呀，看是否達到芯片的額定電壓（本產品所用的芯片都是+5V），假如不是，則檢查其線路是否接錯。6．4操作說明1、依據題目的要求，整個交通燈把握系統需要有個時間顯示器，6個交通信號燈。但由于芯片沒有,只有用試驗室的示波器來看秒脈沖時間。2、打開總開關，便可以進行交通燈把握系統的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，打開總開關，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮，示波器，顯示時間為25秒，然后黃燈以每一秒的速度閃亮，東西方向車道的綠燈轉換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。再過4秒后，電路又轉換成預置的25秒，東西方向車道的黃燈轉換為紅燈，人行道的紅燈轉換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉換為綠燈，人行道的綠燈轉換為紅燈。如此循環下去。具體時間見下圖：南北東西時間（S）綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈100000250100014001100001010交通燈校驗時間圖元器件清單集成電路74LS74