基于Multisim12信号灯控制器的实验设计与仿真

张浩 管芳笛

摘要：

随着社会主义建设，城市规模不断扩大，城市的交通枢纽问题越来越引起人们的关注。本文首先分析了交通信号灯的研究背景和技术现状，然后利用Multisim12仿真软件研究设计了一种交通信號灯控制器，经仿真检验表明该控制器对十字路口交通信号灯的控制可以达到预期目的。本设计可以有效缓解车辆拥堵情况，提高车行效率和道路利用率，对交通通讯行业具有重要意义。

关键词：

Multisim;交通信号灯;控制器;仿真检验

中图分类号：

TP273

文献标识码：

A

文章编号：

1672-9129（2020）15-0087-01

1设计背景

1.1交通信号灯的研究意义。随着我国城市建设的加快，机动车辆的数量越来越多[1]，而交通建设直接影响城市交通安全的整体水平。交通信号灯改变了目前交警轮流指挥疏导交通拥堵的局面，将人、车、路三者的通行结构进行同步统一协调。同时，人们对交通信号灯的需求也越来越高，更深层次的了解和研究才可以适应时代进步的步伐，所以交通信号灯具有极大的研究意义。

1.2交通信号灯控制技术的现状。上世纪80年代以来，交通信号控制体系逐渐加强并细化，人们对交通信号灯控制的自觉程度不断提高，虽缓解了一定程度的交通拥堵状况，但随着交通量的快速增长，没有充分发挥其应有的作用。因此，提高交叉路口通行效率、保证行车安全是目前急需解决的问题。国内大部分学者对交通信号灯控制的研究只是做到了对信号灯进行简化处理，如两相位、单行线的信号控制或固定信号周期和信号序列的方法[2]，疏导交通状况效果并不理想。

2总体方案设计

2.1设计思路。交通信号灯控制系统主要由秒脉冲信号发生器、倒计时定时计数器、信号灯转换控制器和译码驱动器四部分单元电路组成。其中，时钟信号是由多谐振荡器产生的1Hz秒脉冲信号，而且秒脉冲信号可以通过分频器产生出1/60Hz的分脉冲信号，然后选择秒脉冲或分脉冲信号对倒计时计数器进行触发，计数器由预置数开始进行计数，其中数字由译码数码管显示，再经信号灯转换控制器改变信号灯的变化，直到倒计时末了;译码驱动器是进行译码工作时，有额定的工作电压差将东西和南北两个方向车道的交通信号灯点亮，从而实现十字路口交通信号灯的功能。

2.2设计原理及功能。

（1）设计原理。秒脉冲信号发生器用来驱动较小个数的方波或脉冲波输出，二极管再进行发光闪烁工作。倒计时定时计数器用来控制数码管显示的数据，引起交通信号灯的变化。计数器可由74LS190实现，交通信号控制器可由JK触发器实现。新增功能是在交通灯每次进行红绿黄的转换时，会触发扬声器提醒路人。

工作过程简述如下：首先对倒计时模块进行预置数设置，然后倒计时和信号灯同时开始工作，一开始东西方向是绿灯，南北方向是红灯，倒计时从25秒开始以每秒减一的速度进行计时;当倒计时为“05”时，信号灯状态改变，东西方向为黄灯闪烁，南北方向为红灯;当倒计时为“00”时，信号灯状态改变，东西方向是红灯，南北风向为绿灯，然后计数器重新预置数为25;当倒计时为“05”时，信号灯状态改变，东西方向为红灯，南北方向为黄灯闪烁。如此循环使交通灯运作，两条路交替通行。

（2）设计功能。交通信号灯的控制器为了使东西和南北两方向交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间均设为45s。随着十字路口交通情况的复杂程度，时间可以适度调整。东西和南北两方向车道既有红、黄、绿灯指示，也有显示器显示倒计时时间。另外，交通信号灯控制器设有拓展功能，交通灯每次进行颜色转换时，触发扬声器可以提醒路人。

2.3主控制电路。

（1）交通信号灯转换控制器。交通信号灯转换控制器利用边沿JK触发器的计数功能，在CP下降沿来临前完成接收输入信号，来临时完成翻转，来临后将其封锁。它的抗干扰性能好，不易被打断，并且传输速率快。

（2）倒计时定时计数器。倒计时定时计数器主要由2片74LS190N芯片组成，利用数码二极管显示倒计时时间，且数码管价格较便宜、使用较简便，在电子产品中具有广泛应用。

（3）信号灯转换控制器合成。交通信号灯转换控制器与倒计定时计数器共同组成交通信号灯转换控制器。

3仿真检测结果

利用交通信号控制器电路，进行仿真检测。测验结果能够实现正常状态下的交通信号灯控制，且测验结果与预想一致。

4结语

通过Multisim仿真软件研究设计出一种交通信号灯控制器，实现对十字路口信号灯的控制，有效疏导交通。利用Multisim仿真软件，可以方便地进行电路设计，并通过仿真验证设计方案，具有成本低、效率高等优点。能够指示机动车辆和人群有序通行，保障道路交通顺畅，减少道路堵塞。

参考文献：

[1]杨洁，毛嘉玲，翁永妍，杨成，陆瑶.机动车尾气污染物健康风险评价综述与展望[J].苏州科技大学学报（自然科学版），2019，36（04）：1-10.

[2]沈振乾.基于机器视觉的交叉路口智能交通灯控制关键技术研究[D].天津工业大学，2014.

[3]陈嘉.基于单片机的交通灯控制系统设计探讨[J].中国新通信，2019，21（21）：76.