铁路和公路交叉路口的交通控制器

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1、长沙学院数电课程设计说明书题系(部目)铁路和公路交叉路口的交通控制器设计电子与通信工程系专业（班级）通信二班姓名周虹先学号2010043211指导教师刘亮起止日期2012年5月28号2010级通信工程专业课程设计任务书（课题五）系（部）：电子与通信工程系专业：通信工程学生姓名周虹先 同组者 张君军指导教师刘亮课题名称铁路和公路交叉路口的交通控制器设计设 计 要 求 及 设 计 参 数1、实现双向原则，即为火车双向行驶，汽车双向行驶；2、满足火车优先原则，即火车来了就过火车，不管汽车是否来；3、火车行驶中亮红灯，护栏放下；火车过后亮绿灯，护栏弹上；4、应用压力传感器产生高低电平信号，控制电路的红

2、绿灯的亮灭以及护栏的开合。设计工作量一周：1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实 验操作的步骤、数据以及结论。2、学习使用MultiSim9软件，利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。3、学习使用Protel软件，利用Protel完成原理图绘制。进 度 安 排起止日期工作内容备注5月28日一5月30日理论设计：网络、图书馆查找资料软件应用：学习MultiSim9软件的操作并完成 系统原理图的绘制5月30日一5月31日软件应用：学习Protel99软件的操作并绘制原 理图6月1日准备资料，完成课程设计答辩整理书面材料， 完成课程设计说明书主 要 参 考 资

3、料1. 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）2. 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）3. 杨欣 王玉凤 刘湘黔.电路设计与仿真基于Multisim9与protel 994标准集成电路数据手册TTL电路（增补本）指导教师 签名年月日系（部）主 管领导意见年月日答辩评委 老师年月日教研室 意见年月日长沙学院课程设计鉴定表姓名周虹先学号 2010043211专业通信工程班级 10级设计题目铁路和公路交叉路口的交通控制器设计 指导教师刘亮指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程

4、设计成绩分“优秀” “良好” “及格” “不及格”四类；摘要51、铁路和公路交叉路口的交通控制器电路的设计方案51.1设计任务与要求51.2设计思路与原理51.3Multisim仿真元器件的选用61.4系统设计相关元件介绍62、铁路和公路交叉路口的交通控制器电路的设计与调试102.1单元电路原理图与仿真 112.2电路Multisim整体仿真结果与调试 123、Pro tel电路原理图的绘制 134、总结与体会13参考文献14铁路和公路交叉路口的交通控制器设计摘要：介绍利用MultisimlO仿真软件，设计一个铁路和公路交叉口的交通控制器，该控制器是由多种逻辑集 成器件构成的典型时序控制电路。

5、它实现了对铁路和公路交叉口交通信号的控制。当有火车经过时，铁 路栅门放下，红灯亮，绿灯灭；当火车离开时，铁路栅门收起，绿灯亮，红灯灭。在MultisimlO的平 台支撑下，方便、快捷地设计电路，计算与调整参数，并用虚拟仪器仪表做仿真观测和验证设计电路是 否达到要求。数字电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。成本低廉，使用方便，由数字电 路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。数字电路不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判 断，在控制系统中这是不可缺少的。与传统的设计手段相比，体现了电子设计自动化省时、低耗、高效 的优越性铁道部门的统计资料显示，最近几年来，随着我国铁路的提速、机动车

6、保有量的迅速增长，加之国 民安全意识较差，铁路设备的更新换代没有跟上经济发展的步伐等一系列的原因，导致我国铁路平交道 口交通事故一直保持在较高的水平。如2002年发生道口交通事故728件，已经是近20年来的最低水平。 每年仅道口交通事故就造成2000万的直接经济损失。由于受客观条件的限制，还没有能力从高安全性 的先进科技设备应用、科学管理的角度，彻底解决铁路平交道口的交通事故问题。下面就我国平交道口 事故发生率高的原因作出分析，在对新技术应用、经济体制改革的可行性进行阐述后，提出相应的建议。交叉口交通控制器设计的必要性随着我国经济建设的不断发展，交通运输业已日愈繁荣，而路网的建设速度也是有限的

7、，解决之道 是提速，现在的火车已经提速到了 250km/小时，使得500m远的火车能在7.2s钟内到达你身边。现有 的道口情况是：人流和车流量多的铁路道口采用栏杆来切断火车通过交叉口时公路方向的流通,但是这 种栏杆完全是由人工实现的，因此浪费了大量的人力;一些人流和车流量少的道口即无人看守也无栏杆， 增加了道口的危道险性。现在，电子技术已经渗透到社会生活的各个方面，采用电子技术可以精确的检 测火车的到来与离开，并对铁路交叉口的拦车杆实现自动控制，则不仅有效地提高道路运输力，促进交 通运输业的发展，又确保了道口的安全通行。关键词：电子设计自动化；交通控制器；设计仿真；时序控制电路1.铁路和公路交

8、叉路口控制器电路的设计方案1.1设计任务与要求设计一个控制器安装与铁路公路交叉路口，要求当火车通过交叉口时红灯亮绿灯灭，而 没有火车通 过时绿灯亮红灯灭。2、应用Protel99se和Multisim9软件进行实现与仿真，并用Protel99se画PCB。1.2设计思路与原理下错误！未找到弓I用源。是该铁路和公路交叉口的平面位置示意图。在P1和P2点设置了两个压敏传感器元件，用于检测是否有火车通过道口。P1和P2这两点距离较远，因此一列火车不会同时压在两个压敏传感器上，因此当P1和P2间的距离大于一节火车厢长度时在P1和P2间添加 传感器以保证任意两个相邻传感器间距离刚好小于一节车厢长度，本次

9、设计结合实际考虑假设公路 为40m宽，即用四个传感器实现。A和B 士两个栅门，当火车由东向西或者由西向东通过P1P2 段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栅门A和B应同时关闭，道口的红色交通灯亮，绿色 交通灯灭，公路禁止通行；否则栅门A和B同时打开，道口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭，公 路允许通行。压敏元件的功能是，当它感受到火车的压力时，产生逻辑电平1,否则产生逻辑电平 0。设位于P1和P2两点的压敏元件所输出的信号分别为x1和x2。栅门A和B的开闭如错误！未 找到引用源。所示的电路控制。控制电路的输入是压敏元件所发出的信号x1和x2，输出信号z 用来控制栅门A和B,当Z=1时，栅门关

10、闭；当Z=0时栅门打开。图1.2仿真元器件的选用7404N芯片多块7474N芯片多块7400芯片多块7410多块7420多块红灯绿灯各一个压力传感开关多个1.4系统设计相关元件介绍非门非逻辑（7404N）在决定事物结果的条件具备时结果不发生，条件不具备时结果发生的因果关系称为非逻辑，又称为逻辑求反。7404N非逻辑代数运算图标符7404N I A 图 AY0110非逻辑真值表（表1-4-1）与非门与非门电路及其逻辑符号U8A7400N图 图 与 非门真值表（表1-4-2）ABY001011101110触发器U3Z1上al PRID- 1Q31GLK -IQ-lCZiR-3r 图 电平触发的主从

11、触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP高电平期间输入端 出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间 加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器 也称为维持-阻塞边沿D触发器。D触发器工作原理：SD和RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=O 且RD=1时，不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q非=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0 时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平， 不影响电路的工作。CP1.特征表O

12、kD0XQffl1001112. 特征方程3. Qn+1=D4时序图波形图(CP,D,Q)2铁路和公路交叉路口控制器电路的设计与调试2.1电路工作原理图J._jF-1話-i- MWmAUKAUKUD：Xr：=orOOKHIM：=OOMUEIKHW图 LHAA1-UMA7BpUhrLt图中jl、j2、j3、j4是压力传感开关，jl、j4位于铁路与公路交界处铁轨稍前处即P1、P2, j3、j2位于Pl、P2之间，以保证相邻两传感器间距离小于一节火车车厢长度。电路中当传感器没有受到压力时保持红灯熄灭绿灯亮，当有大于等于一个传感器受到压力时，绿灯亮红 灯熄灭。当火车想交叉路口驶来前路口是红灯熄灭绿灯亮

13、，此时公路上可以通行，当火车向交叉路口驶 来当火车头压住jl或j4,此时红灯亮绿灯熄灭公路禁止通行，因为设计时保证了两相邻传感器间距离 稍微小于单节火车长度，因此当从火车头驶入P1P2段一直到火车尾驶出P1P2段一直是红灯亮绿灯灭，当火车尾驶出P1P2段后红灯熄灭绿灯亮。如下图所示2.2电路Multisim整体仿真结果与调试图中连续的四个图演示的是当火车有远处驶向交叉路口火车头触压第一个传感器后直 到火车头触压到最后一个传感器的过程中灯的亮灭情况，这也说明无论火车压在多少个传感器上都会绿 灯亮红灯灭，图演示了当没有火车驶来时，每个传感器都不受到压力，这是绿灯亮红灯灭。图 图 5MUCd-H_X

14、ILIMALIMAMULALOAL-|y-O*HnMWURLM4ian：=O图 餐”.图 3、Protel原理图的绘制总结与体会数字电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。成本低廉，使用方便，由数字电路组成 的数字系统，工作准确可靠，精度高。数字电路不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断，在 控制系统中这是不可缺少的.数字电路相对于模拟电路的这一系列优点，使它在通信、自动控制、测 量仪器及计算机等各个科学领城内得到广泛的应用。当今时代，数字电路已广泛地应用于各个领域本课程设计的任务和目标是实际设计一个信号发生器，并在电脑上用MULTISIM软件模拟实现和用 Protel99se软件

15、进行PCB设计，从而加深对知识的理解和综合利用，提升自己的实践能力，并掌握一 些通用的电子设计和仿真软件。用传统的设计手段来完成一个具体电路的构思却又没有足够的把握时，通常只能在面包板或万能板 上用实际的元件和导线去连接实验电路，然后进行测试、调整，往往面包板会接触不良，一旦出错就不 得不在不满密密麻麻的元件和导线的板子上，一根一根地检查，一个一个地替换元件以调整参数。而从 上面利用MultisimlO对铁路和公路交叉口的交通控制器进行设计，可看到利用EDA仿真设计软件，只 要点击鼠标轻轻松松地构建电路，修改元件参数，以实现对具体电路的仿真，从而大大提高设计效率和 降低设计成本。本次设计本可以

16、制作成PCB板，做出实物来模拟交叉口交通控制器，但由于时间的限制, 所以只利用了软件进行模拟，望老师多多指导。参考文献1、永军，李景华，数字逻辑与数字系统，电子工业出版社，20052、荀殿栋，程宗汇，实用数字电路设计手册电子工业出版社，20053、华光，电子技术基础数字部分（第四版）高等教育出版社，20004、陈振官等，数字电路及制作实例，国防工业出版社，20005、徐惠民延明，数字电路与逻辑设计，人民邮电出版社，20066、阎石，数字电子技术基础（第四版），高等教育出版社,19987、张维康，数字电子技术基础，高等教育出版社8、雍新生，集成数字电路的逻辑设计，复旦大学出版社9、李响初，数字电路基础与应用。机械工业出版社，2008年10月