基于Multisim12信號燈控制器的實驗設計與仿真

張浩 管芳笛

摘要：

隨著社會主義建設，城市規模不斷擴大，城市的交通樞紐問題越來越引起人們的關注。本文首先分析了交通信號燈的研究背景和技術現狀，然后利用Multisim12仿真軟件研究設計了一種交通信號燈控制器，經仿真檢驗表明該控制器對十字路口交通信號燈的控制可以達到預期目的。本設計可以有效緩解車輛擁堵情況，提高車行效率和道路利用率，對交通通訊行業具有重要意義。

關鍵詞：

Multisim;交通信號燈;控制器;仿真檢驗

中圖分類號：

TP273

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0087-01

1設計背景

1.1交通信號燈的研究意義。隨著我國城市建設的加快，機動車輛的數量越來越多[1]，而交通建設直接影響城市交通安全的整體水平。交通信號燈改變了目前交警輪流指揮疏導交通擁堵的局面，將人、車、路三者的通行結構進行同步統一協調。同時，人們對交通信號燈的需求也越來越高，更深層次的了解和研究才可以適應時代進步的步伐，所以交通信號燈具有極大的研究意義。

1.2交通信號燈控制技術的現狀。上世紀80年代以來，交通信號控制體系逐漸加強并細化，人們對交通信號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，沒有充分發揮其應有的作用。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。國內大部分學者對交通信號燈控制的研究只是做到了對信號燈進行簡化處理，如兩相位、單行線的信號控制或固定信號周期和信號序列的方法[2]，疏導交通狀況效果并不理想。

2總體方案設計

2.1設計思路。交通信號燈控制系統主要由秒脈沖信號發生器、倒計時定時計數器、信號燈轉換控制器和譯碼驅動器四部分單元電路組成。其中，時鐘信號是由多諧振蕩器產生的1Hz秒脈沖信號，而且秒脈沖信號可以通過分頻器產生出1/60Hz的分脈沖信號，然后選擇秒脈沖或分脈沖信號對倒計時計數器進行觸發，計數器由預置數開始進行計數，其中數字由譯碼數碼管顯示，再經信號燈轉換控制器改變信號燈的變化，直到倒計時末了;譯碼驅動器是進行譯碼工作時，有額定的工作電壓差將東西和南北兩個方向車道的交通信號燈點亮，從而實現十字路口交通信號燈的功能。

2.2設計原理及功能。

（1）設計原理。秒脈沖信號發生器用來驅動較小個數的方波或脈沖波輸出，二極管再進行發光閃爍工作。倒計時定時計數器用來控制數碼管顯示的數據，引起交通信號燈的變化。計數器可由74LS190實現，交通信號控制器可由JK觸發器實現。新增功能是在交通燈每次進行紅綠黃的轉換時，會觸發揚聲器提醒路人。

工作過程簡述如下：首先對倒計時模塊進行預置數設置，然后倒計時和信號燈同時開始工作，一開始東西方向是綠燈，南北方向是紅燈，倒計時從25秒開始以每秒減一的速度進行計時;當倒計時為“05”時，信號燈狀態改變，東西方向為黃燈閃爍，南北方向為紅燈;當倒計時為“00”時，信號燈狀態改變，東西方向是紅燈，南北風向為綠燈，然后計數器重新預置數為25;當倒計時為“05”時，信號燈狀態改變，東西方向為紅燈，南北方向為黃燈閃爍。如此循環使交通燈運作，兩條路交替通行。

（2）設計功能。交通信號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行，每次通行時間均設為45s。隨著十字路口交通情況的復雜程度，時間可以適度調整。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時時間。另外，交通信號燈控制器設有拓展功能，交通燈每次進行顏色轉換時，觸發揚聲器可以提醒路人。

2.3主控制電路。

（1）交通信號燈轉換控制器。交通信號燈轉換控制器利用邊沿JK觸發器的計數功能，在CP下降沿來臨前完成接收輸入信號，來臨時完成翻轉，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）倒計時定時計數器。倒計時定時計數器主要由2片74LS190N芯片組成，利用數碼二極管顯示倒計時時間，且數碼管價格較便宜、使用較簡便，在電子產品中具有廣泛應用。

（3）信號燈轉換控制器合成。交通信號燈轉換控制器與倒計定時計數器共同組成交通信號燈轉換控制器。

3仿真檢測結果

利用交通信號控制器電路，進行仿真檢測。測驗結果能夠實現正常狀態下的交通信號燈控制，且測驗結果與預想一致。

4結語

通過Multisim仿真軟件研究設計出一種交通信號燈控制器，實現對十字路口信號燈的控制，有效疏導交通。利用Multisim仿真軟件，可以方便地進行電路設計，并通過仿真驗證設計方案，具有成本低、效率高等優點。能夠指示機動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：

[1]楊潔，毛嘉玲，翁永妍，楊成，陸瑤.機動車尾氣污染物健康風險評價綜述與展望[J].蘇州科技大學學報（自然科學版），2019，36（04）：1-10.

[2]沈振乾.基于機器視覺的交叉路口智能交通燈控制關鍵技術研究[D].天津工業大學，2014.

[3]陳嘉.基于單片機的交通燈控制系統設計探討[J].中國新通信，2019，21（21）：76.