《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 業(yè)界動態(tài) > 交通信號機(jī)多路信號轉(zhuǎn)接器設(shè)計

交通信號機(jī)多路信號轉(zhuǎn)接器設(shè)計

《電子技術(shù)應(yīng)用》2007年第1期
2007-11-14
作者:王學(xué)慧

摘 要:介紹了一種在交通控制實驗室中實現(xiàn)多臺信號機(jī)" title="信號機(jī)">信號機(jī)共享一個倒計時牌的信號轉(zhuǎn)接器" title="轉(zhuǎn)接器">轉(zhuǎn)接器的設(shè)計,該轉(zhuǎn)接器能夠按照用戶要求從多臺交通信號機(jī)" title="交通信號機(jī)">交通信號機(jī)的倒計時信號中選擇需要的信號送至倒計時牌顯示。轉(zhuǎn)接器遵循設(shè)備的RS-485傳輸協(xié)議,利用MAX309邏輯器件實現(xiàn)信號切換,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,使用可靠,可用于多種串行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的信號切換,具有一定的實用價值。
關(guān)鍵詞:交通信號機(jī)? 轉(zhuǎn)接器? MAX309? RS-485

?

交通信號機(jī)是交通控制的實驗設(shè)備,對全面掌握交通控制的基礎(chǔ)理論,培養(yǎng)操作能力具有重要意義。在現(xiàn)有的實驗室信號機(jī)共有四臺,分別獨立工作,而倒計時牌只能顯示某一臺信號機(jī)的倒計時時間。如果要顯示其他信號機(jī)的倒計時信息,必須將其控制線路拆開再與需要顯示的信號機(jī)連接,使用很不方便,而且較易因連接不可靠等問題而發(fā)生錯誤。
本文設(shè)計的交通信號機(jī)倒計時信號轉(zhuǎn)接器" title="信號轉(zhuǎn)接器">信號轉(zhuǎn)接器,可以通過按鍵方便地切換與倒計時牌相連的信號機(jī),從而實現(xiàn)多臺信號機(jī)分時共享同一個倒計時牌的目的。該信號轉(zhuǎn)接器的使用簡化了試驗過程,提高了試驗效率,實現(xiàn)了對實驗室現(xiàn)有設(shè)備的升級改造,具有一定的實用價值。
1交通信號機(jī)轉(zhuǎn)接器的工作原理
1.1交通信號機(jī)實驗系統(tǒng)簡介
交通信號機(jī)是進(jìn)行交通信號控制實驗的儀器,每一臺信號機(jī)都能完成一個交叉口的信號控制實驗。在智能交通信號控制中,除了單個交叉口交通信號的點控方式外,還有可以將干線上一批相鄰的交叉口聯(lián)合協(xié)調(diào)控制以此來明顯地減少延誤的線控方式,以及把城區(qū)內(nèi)的全部交通信號的監(jiān)控作為指揮控制中心管理下的一套整體的面控方式,而其中又可以分解為線控和點控方式。因此在進(jìn)行交通控制的實驗時,將四個信號機(jī)組合在一起形成一個簡單的面控模式,從而達(dá)到對交通信號控制模擬的目的,如圖1所示。然而,作為交通信號控制模擬結(jié)果的表現(xiàn)形式之一的倒計時信號燈只有一組,在某一時刻只能顯示一臺信號機(jī)中的倒計時,而且只能將倒計時燈的信號連線重新連接才能顯示另一臺信號機(jī)的倒計時時間,給實驗造成很大麻煩。如果設(shè)計一種轉(zhuǎn)接器裝置使其能按照需要控制倒計時燈顯示,則可以解決這個問題。

?

?


1.2 信號傳輸原理
根據(jù)交通信號機(jī)的使用說明,倒計時信號的傳輸遵循RS-485串口協(xié)議。該串行通信協(xié)議定義了串行通信協(xié)議中傳輸?shù)男畔?nèi)容及使用格式。其中包括:主機(jī)輪詢(或廣播)格式、主機(jī)的編碼方法,內(nèi)容包括:要求動作的功能代碼、傳輸數(shù)據(jù)和錯誤檢驗等;從機(jī)的響應(yīng)也是采用相同的格式和方法,內(nèi)容包括:動作確認(rèn)、返回數(shù)據(jù)和錯誤檢驗等。當(dāng)從機(jī)在接收信息時發(fā)生錯誤,或不能完成主機(jī)要求動作時,將組織一個故障信息作為響應(yīng)反饋給主機(jī)。
RS-485采用兩根信號線,這兩根信號線都傳遞幾乎相同大小的反向電流,因為大多數(shù)的噪聲電壓在兩條導(dǎo)線上或多或少同時出現(xiàn),這就減少了接收到的噪聲。
1.3 信號轉(zhuǎn)接器的工作原理
在信號傳輸過程中,RS-485采用平衡傳輸模式,能夠在較低誤碼率下進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸且性能可靠。要形成一個有效的輸出,兩條傳輸線A、B之間的壓差大于1.5V即可。而在RS-485的接收器端,兩傳輸線A、B的輸入差異只需要0.2V,即如果A至少比B高0.2V,則接收器即認(rèn)為它是邏輯“1”;如果B至少比A高出0.2V,則接收器即認(rèn)為它為邏輯“0”;如果A、B之間的壓差小于0.2V,則這個邏輯電平屬于沒有定義,接收器收到這個電壓將要發(fā)出一個錯誤代碼。
由于交通信號機(jī)倒計時信號的傳輸符合RS-485協(xié)議,每個信號機(jī)用兩根信號線來傳輸?shù)褂嫊r信息,所以轉(zhuǎn)換器要將多臺信號機(jī)的倒計時傳輸線按照要求有選擇地和倒計時牌的傳輸線進(jìn)行連接,以此來顯示指定信號機(jī)的倒計時信息。
在現(xiàn)有的實驗室中,共有四臺信號機(jī),按照設(shè)計功能要求,信號轉(zhuǎn)接器通過按鍵的處理來選擇信號機(jī),將相應(yīng)信號機(jī)輸出的倒計時信號和倒計時燈的接收線連接起來。交通信號機(jī)倒計時信號轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2所示。

?


2 轉(zhuǎn)接器的設(shè)計
在轉(zhuǎn)接器的設(shè)計中,利用多路" title="多路">多路選擇器芯片來實現(xiàn)轉(zhuǎn)接,這就要考慮所傳輸信號的特征。交通信號機(jī)的倒計時信號要遵循RS-485協(xié)議、接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ、驅(qū)動器能輸出±7V的共模電壓,同時輸入端的電容≤50pF,選取多路選擇模擬開關(guān)MAX309。為了操作方便,選用四個按鈕控制轉(zhuǎn)接器,同時需要有對按鍵去抖動的處理電路以及連接開關(guān)按鈕與多路選擇器開關(guān)的邏輯電路。因此,設(shè)計的轉(zhuǎn)接器主要由多路選擇器開關(guān)、按鍵處理電路、邏輯電路以及電源模塊幾個部分組成。
2.1核心器件MAX309
MAX309是MAXIM公司的一種精密、雙四通道的高性能CMOS模擬多路開關(guān),通過兩位邏輯選擇雙四通道的開關(guān),±15V雙電源供電,可以滿足RS-485輸出±7V共模電壓的電平要求;它的接通電阻為100Ω,漏電流1nA,導(dǎo)通速率0.225μs,并采用ESD保護(hù),因此它是一種低功耗四路RS-422/RS-485接收器。MAX309邏輯示意圖如圖3所示。

?


2.2 信號機(jī)轉(zhuǎn)接器電路設(shè)計
模擬多路開關(guān)是利用兩位邏輯來控制的,而四個信號機(jī)需要四個按鍵來控制,這樣連接四個按鍵和兩位邏輯之間需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。信號機(jī)轉(zhuǎn)接器的電路如圖4所示,由按鍵、邏輯電路和MAX309組成。

?


(1)按鍵處理電路
由于電路中沒有控制芯片,因此按鍵只能采用硬件去抖動方法處理。按鍵處理電路如圖5所示。


(2)邏輯轉(zhuǎn)換和提示燈設(shè)計
將控制四個信號機(jī)的按鍵信號通過邏輯電路變換,用以控制多路選擇模擬開關(guān)MAX309,利用一個74LS148來實現(xiàn)4-2編碼的功能,同時將空置的管腳接地。
為了能夠明確地指示倒計時燈顯示的是哪一個信號機(jī),在設(shè)計時增加了提示燈,即當(dāng)按鍵按下時,對應(yīng)的表征信號機(jī)的燈點亮,起到提示作用。由于按鍵是按鈕式的,而要使二極管點亮需要持續(xù)的高電平,因此利用鎖存器74LS377來實現(xiàn)。74LS377的使能信號是利用邏輯器件74121產(chǎn)生的,當(dāng)有按鍵按下時,就會輸出一個脈沖作為74LS377的使能信號。按鍵編碼邏輯電路如圖6所示。

?


(3)轉(zhuǎn)換器的電路實現(xiàn)
如圖4所示,四個信號機(jī)中每個信號機(jī)都有兩根傳輸?shù)褂嫊r信息的數(shù)據(jù)線,分別為M1A、M1B,M2A、M2B,M3A、M3B,M4A、M4B。每一組分別接在雙四選擇器MAX309的兩端。倒計時牌也有兩根數(shù)據(jù)線MA、MB,同樣與雙四選擇器MAX309兩端相接。
本電路設(shè)置了四個按鍵用來對應(yīng)四臺信號機(jī),如按鈕1代表信號機(jī)1的按鍵開關(guān),以此類推。四個按鍵的輸出與雙四輸入與非門的四個接口相連,輸出一個脈沖信號KeyALL接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對脈沖信號的作用后,輸出的信號PULSE接到D觸發(fā)器,作為一個時鐘信號,同時,四個按鍵的四根信號線也接到D觸發(fā)器的輸入端。從D觸發(fā)器輸出的四個信號再接到編碼器的四個輸入端,輸出二進(jìn)制編碼。
本文介紹了交通信號機(jī)轉(zhuǎn)接器的設(shè)計,該轉(zhuǎn)換器具有對倒計時燈實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)接的功能,而且結(jié)構(gòu)簡單可靠、性能穩(wěn)定、便于操作、費用低,完全可以滿足設(shè)計要求,已經(jīng)在實驗室中應(yīng)用,效果良好。同時,它具有一定的可擴(kuò)展性,便于進(jìn)一步的功能開發(fā),可應(yīng)用于多種串口數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的信號切換,具有一定的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] ?胡嗣云,任大任.智能交通信號控制機(jī)的研究[J]. 測控技術(shù), 2001,20(2):27-29.
[2] ?尹宏賓,徐建閩.道路交通控制技術(shù)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2000.
[3] ?陳德望,湯淑明,宮曉燕,等.城市交叉口交通信號控制研究的發(fā)展與展望[J].自動化博覽,2002,(1):48-50.
[4] ?樂壽長.道路交通控制[M].長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1994.
[5] ?劉煥成,劉智勇,尹征琦,等.車輛感應(yīng)式交通控制系統(tǒng)[J]. 電子技術(shù),2002,(8):16-19.
[6] ?段里仁,任大任.道路交通自動控制[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,1991.
[7] ?楊佩昆,交通管理與控制[M].北京:人民交通出版社,1995.
[8] ?江冰,朱錫方,王枚.電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[9] ?康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ):數(shù)字部分[M]. 第4版. 北京:高等教育出版社,2000.

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。