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交通信號機是交通控制的實(shí)驗設備，對全面掌握交通控制的基礎理論，培養操作能力具有重要意義。在現有的實(shí)驗室信號機共有四臺，分別獨立工作，而倒計時(shí)牌只能顯示某一臺信號機的倒計時(shí)時(shí)間。如果要顯示其他信號機的倒計時(shí)信息，必須將其控制線(xiàn)路拆開(kāi)再與需要顯示的信號機連接，使用很不方便，而且較易因連接不可靠等問(wèn)題而發(fā)生錯誤。 本文設計的交通信號機倒計時(shí)信號轉接器，可以通過(guò)按鍵方便地切換與倒計時(shí)牌相連的信號機，從而實(shí)現多臺信號機分時(shí)共享同一個(gè)倒計時(shí)牌的目的。該信號轉接器的使用簡(jiǎn)化了試驗過(guò)程，提高了試驗效率，實(shí)現了對實(shí)驗室現有設備的升級改造，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 1 交通信號機轉接器的工作原理 1.1 交通信號機實(shí)驗系統簡(jiǎn)介 交通信號機是進(jìn)行交通信號控制實(shí)驗的儀器，每一臺信號機都能完成一個(gè)交叉口的信號控制實(shí)驗。在智能交通信號控制中，除了單個(gè)交叉口交通信號的點(diǎn)控方式外，還有可以將干線(xiàn)上一批相鄰的交叉口聯(lián)合協(xié)調控制以此來(lái)明顯地減少延誤的線(xiàn)控方式，以及把城區內的全部交通信號的監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(xiàn)控和點(diǎn)控方式。因此在進(jìn)行交通控制的實(shí)驗時(shí)，將四個(gè)信號機組合在一起形成一個(gè)簡(jiǎn)單的面控模式，從而達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果的表現形式之一的倒計時(shí)信號燈只有一組，在某一時(shí)刻只能顯示一臺信號機中的倒計時(shí)，而且只能將倒計時(shí)燈的信號連線(xiàn)重新連接才能顯示另一臺信號機的倒計時(shí)時(shí)間，給實(shí)驗造成很大麻煩。如果設計一種轉接器裝置使其能按照需要控制倒計時(shí)燈顯示，則可以解決這個(gè)問(wèn)題。 1.2 信號傳輸原理 根據交通信號機的使用說(shuō)明，倒計時(shí)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)議中傳輸的信息內容及使用格式。其中包括：主機輪詢(xún)（或廣播）格式、主機的編碼方法，內容包括：要求動(dòng)作的功能代碼、傳輸數據和錯誤檢驗等；從機的響應也是采用相同的格式和方法，內容包括：動(dòng)作確認、返回數據和錯誤檢驗等。當從機在接收信息時(shí)發(fā)生錯誤，或不能完成主機要求動(dòng)作時(shí)，將組織一個(gè)故障信息作為響應反饋給主機。 RS-485采用兩根信號線(xiàn)，這兩根信號線(xiàn)都傳遞幾乎相同大小的反向電流，因為大多數的噪聲電壓在兩條導線(xiàn)上或多或少同時(shí)出現，這就減少了接收到的噪聲。 1.3 信號轉接器的工作原理 在信號傳輸過(guò)程中，RS-485采用平衡傳輸模式，能夠在較低誤碼率下進(jìn)行遠距離傳輸且性能可靠。要形成一個(gè)有效的輸出，兩條傳輸線(xiàn)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(xiàn)A、B的輸入差異只需要0.2V，即如果A至少比B高0.2V，則接收器即認為它是邏輯“1”；如果B至少比A高出0.2V，則接收器即認為它為邏輯“0”；如果A、B之間的壓差小于0.2V，則這個(gè)邏輯電平屬于沒(méi)有定義，接收器收到這個(gè)電壓將要發(fā)出一個(gè)錯誤代碼。 由于交通信號機倒計時(shí)信號的傳輸符合RS-485協(xié)議，每個(gè)信號機用兩根信號線(xiàn)來(lái)傳輸倒計時(shí)信息，所以轉換器要將多臺信號機的倒計時(shí)傳輸線(xiàn)按照要求有選擇地和倒計時(shí)牌的傳輸線(xiàn)進(jìn)行連接，以此來(lái)顯示指定信號機的倒計時(shí)信息。 在現有的實(shí)驗室中，共有四臺信號機，按照設計功能要求，信號轉接器通過(guò)按鍵的處理來(lái)選擇信號機，將相應信號機輸出的倒計時(shí)信號和倒計時(shí)燈的接收線(xiàn)連接起來(lái)。交通信號機倒計時(shí)信號轉換器原理圖如圖2所示。 2 轉接器的設計 在轉接器的設計中，利用多路選擇器芯片來(lái)實(shí)現轉接，這就要考慮所傳輸信號的特征。交通信號機的倒計時(shí)信號要遵循RS-485協(xié)議、接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ、驅動(dòng)器能輸出±7V的共模電壓，同時(shí)輸入端的電容≤50pF，選取多路選擇模擬開(kāi)關(guān)MAX309。為了操作方便，選用四個(gè)按鈕控制轉接器，同時(shí)需要有對按鍵去抖動(dòng)的處理電路以及連接開(kāi)關(guān)按鈕與多路選擇器開(kāi)關(guān)的邏輯電路。因此，設計的轉接器主要由多路選擇器開(kāi)關(guān)、按鍵處理電路、邏輯電路以及電源模塊幾個(gè)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(kāi)關(guān)，通過(guò)兩位邏輯選擇雙四通道的開(kāi)關(guān)，±15V雙電源供電，可以滿(mǎn)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，導通速率0.225μs，并采用ESD保護，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。 模擬多路開(kāi)關(guān)是利用兩位邏輯來(lái)控制的，而四個(gè)信號機需要四個(gè)按鍵來(lái)控制，這樣連接四個(gè)按鍵和兩位邏輯之間需要進(jìn)行轉換。信號機轉接器的電路如圖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(méi)有控制芯片，因此按鍵只能采用硬件去抖動(dòng)方法處理。按鍵處理電路如圖5所示。 (2)邏輯轉換和提示燈設計 將控制四個(gè)信號機的按鍵信號通過(guò)邏輯電路變換，用以控制多路選擇模擬開(kāi)關(guān)MAX309，利用一個(gè)74LS148來(lái)實(shí)現4-2編碼的功能，同時(shí)將空置的管腳接地。 為了能夠明確地指示倒計時(shí)燈顯示的是哪一個(gè)信號機，在設計時(shí)增加了提示燈，即當按鍵按下時(shí)，對應的表征信號機的燈點(diǎn)亮，起到提示作用。由于按鍵是按鈕式的，而要使二極管點(diǎn)亮需要持續的高電平，因此利用鎖存器74LS377來(lái)實(shí)現。74LS377的使能信號是利用邏輯器件74121產(chǎn)生的，當有按鍵按下時(shí)，就會(huì )輸出一個(gè)脈沖作為74LS377的使能信號。按鍵編碼邏輯電路如圖6所示。 (3)轉換器的電路實(shí)現 如圖4所示，四個(gè)信號機中每個(gè)信號機都有兩根傳輸倒計時(shí)信息的數據線(xiàn)，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(shí)牌也有兩根數據線(xiàn)MA、MB，同樣與雙四選擇器MAX309兩端相接。 本電路設置了四個(gè)按鍵用來(lái)對應四臺信號機，如按鈕1代表信號機1的按鍵開(kāi)關(guān)，以此類(lèi)推。四個(gè)按鍵的輸出與雙四輸入與非門(mén)的四個(gè)接口相連，輸出一個(gè)脈沖信號KeyALL接到單穩態(tài)觸發(fā)器，通過(guò)單穩態(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(gè)時(shí)鐘信號，同時(shí)，四個(gè)按鍵的四根信號線(xiàn)也接到D觸發(fā)器的輸入端。從D觸發(fā)器輸出的四個(gè)信號再接到編碼器的四個(gè)輸入端，輸出二進(jìn)制編碼。 本文介紹了交通信號機轉接器的設計，該轉換器具有對倒計時(shí)燈實(shí)現自動(dòng)轉接的功能，而且結構簡(jiǎn)單可靠、性能穩定、便于操作、費用低，完全可以滿(mǎn)足設計要求，已經(jīng)在實(shí)驗室中應用，效果良好。同時(shí)，它具有一定的可擴展性，便于進(jìn)一步的功能開(kāi)發(fā)，可應用于多種串口數據傳輸設備的信號切換，具有一定的應用前景。 |
