1 引言

隨著社會經濟的發展，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。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制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，許多大城市如北京、上海、南京等出現了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，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研究和控制，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，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，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。為此，進行了深入的研究，以下就城鄉交通燈控制系統的電路原理、設計計算和實驗調試等問題來進行具體分析討論。

2 交通燈控制系統設計

城市路口交通信號控制系統大體上分為三種類型：定周期的信號機、多時段且具有無電纜協調功能的微電腦型信號機以及聯網式自適應多相位智能型信號機。具體采用哪種類型，應根據其應用場合及特點加以確定。其中，第一種類型以其成本低，設計簡單，安裝及維護方便等特點得到了廣泛應用。本文討論的城鄉交通燈控制系統就屬于該種類型。該交通燈控制系統主要由時間發生器電路、光電檢測電路、控制電路等幾個部分組成。其系統原理圖如圖1所示。

1.1 時間發生器電路

時間發生器電路由一片74191、時鐘脈沖產生電路和幾個門電路構成，其中時鐘脈沖產生電路如圖2所示。時鐘脈沖產生電路用一片555定時器業構成多諧振蕩器，設計脈沖周期為4s，其計算公式為：T1=（2R2+R1） Cln2=0.75.7MΩ1μF，以此信號作為74191的CP。74191的四個狀態輸出端QAQBQCQD可用四個門電路進行譯碼。當QAQBQCQD=0000時，電路輸出低電平信號給D觸發器和控制電路的IO輸入端；而當QAQBQCQD=1000時，電路輸出高電平信號給黃燈驅動電路。74191接成減計數工作狀態，LD信號由控制電路的O1提供，應將置數輸入端A、C接高電平Vcc，B、D端接D觸發器的輸出端，還可根據D觸發器的不同輸出狀態置入數5和數15。

2.2 控制電路

控制電路主要由單穩態觸發器、RC電路和反相器構成、電路如圖3所示。該電路有兩個輸入端和三個輸出端。當QAQBQCQD=0000時，輸入端IO為低電平，此時信號將直接經O1輸出給LD以進行異步置數，因此74191的0000狀態持續時間很短暫。輸入端I1由光電檢測電路的輸出信號提供，當有車輛時，輸出低電平；無車輛時輸出高電平。輸出信號O1=I1，而輸出信號O2而由I1經反相器、RC電路和一單穩態電路得來。O1的作用是當鄉間道無車輛時，保持主干道綠燈亮，鄉間道紅燈亮。當主干道綠燈變亮并檢測到鄉間道有車輛（即I1=0）時 ，O2觸發單穩態電路并維持主干道綠燈亮66s，即T2 = RCln3=1.16MΩ10μf=66（s）。

2.3 光電檢測電路

光電檢測電路由光源和光電三極管構成，該電路可根據需要選擇現成產品，如CP850系列的CP851，該器件的光電傳感器輸距離可達15m。

2.4 交通燈控制及驅動電路

交通燈控制電路由一個D觸發器、一個三輸入或門和兩個反相器組成，其電路如圖3所示。D觸發器的作用是在鄉間道非常繁忙時，對紅綠燈的轉換進行控制。三輸入端或門的作用是當鄉間道無車輛和主干道綠燈剛亮而鄉間道就有車通過時維持主干道綠燈亮時間大于60s。

由于紅綠燈的功率較大（十幾瓦），一般集成門電路無法驅動，因此需要設計一個特定的驅動電路，該電路可用功率管和高驅動能力的電源構成，具體電路如圖4所示。功率管及電源大小可根據交通燈的功率進行計算。電路仿真時，可用一小燈泡直接接在門電路的后面。

3 、結束語

根據交通燈控制系統的邏輯電路，采用加拿大交換圖像技術有限公司推出的Electronics Work Bench（簡稱EWB）軟件進行了仿真實驗。在眾多的電路仿真軟件中，EWB的工作 界面非常直觀。仿真過程中，用光電檢測器來模擬現場的各種情況，結果表明，該系統完全可以達到設計要求。

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