大学生科技创新活动

大学生科技创新活动报告项目名称：数字式交通灯项目成员：所在院系：自动控制与机械工程学院专业班级：电气工程及其自动化2班大学生科技创新报告2009级电气2班1摘要科技创新是原创性科学研究和技术创新的总称，是指创造和应用新知识和新技术、新工艺，采用新的生产方式和经营管理模式，开发新产品，提高产品质量，提供新服务的过程。科技创新可以被分成三种类型：知识创新、技术创新和现代科技引领的管理创新。原创性的科学研究或知识创新是提出新观点（包括新概念、新思想、新理论、新方法、新发现和新假设）的科学研究活动，并涵盖开辟新的研究领域、以新的视角来重新认识已知事物等。原创性的知识创新与技术创新结合在一起，使人类知识系统不断丰富和完善，认识能力不断提高，产品不断更新。知识社会环境下的科技创新包括：知识创新、技术创新和现代科技引领的管理创新。知识创新的核心是科学研究，其直接结果是新的概念范畴和理论学说的产生，为人类认识世界和改造世界提供新的世界观和方法论；技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造和价值实现，其直接结果是推动科学技术进步与应用创新的良性互动，提高社会生产力的发展水平，进而促进社会经济的增长；管理创新既包括宏观管理层面上的创新——社会政治、经济和管理等方面的制度创新，也包括微观管理层面上的创新，其核心内容是科技引领的管理变革，其直接结果是激发人们的创造性和积极性，促使所有社会资源的合理配置，最终推动社会的进步。知识创新、技术创新与管理创新是相辅相成的。知识创新是技术创新和管理创新的文化基础，没有新的理论学说和公理体系，不可能有技术创新和制度创新，技术创新反过来又为知识创新和管理创新奠定了必要的物质基础；管理创新则为知识创新和技术创新提供必要的微观与宏观环境。技术创新是社会发展的“硬件”，而知识创新和管理创新则是社会进步的“软件”，它们对国家的发展和社会进步起着关键性的作用，是社会进步的动力源。创新是一个民族发展的灵魂，当今中国高校的大学生科技创新工作仍处于相对滞后的状况。我们大学生应该培养科技创新精神，为我们的国家多做贡献。人类的今天有赖于创新，创新是一个民族发展的灵魂，更是一个国家持久发展的动力。处于知识大爆炸的年代，高校有责任担起创新的担子。大学生科技创新的开展有利于创新人才的培养，有利于国家创新体系的完善。大学生科技创新报告2009级电气2班2随着我国社会经济快速发展，人们衣食住行得到长远发展的同时城市交通问题也越来越引起人们的关注。尤其是在经历了今年九月份的京藏大堵车后，交通对我们生活的影响更加明朗，人们发现人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。现代城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与侧道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，在此次课程设计期间，我应用所学的知识设计了一套简易交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。关键词：计时电路、主控电路、显示电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器。大学生科技创新报告2009级电气2班3目录一、引言……………………………………………………4二、设计要求…………………………………………………4三、方案设计…………………………………………………5四、单元电路设计与分析……………………………………61．多谐振荡器…………………………………………62.100分频电路…………………………………………73．30秒倒计时电路………………………………………84．数码管显示电路………………………………………95．主控制电路及指示灯电路……………………………10五、总电路图及元器件及清单………………………………111．总电路图……………………………………………112．主要元器件介绍……………………………………113．元器件清单…………………………………………15六、交通灯课程设计仿真设计………………………………16七、心得体会…………………………………………………18八、参考文献…………………………………………………19大学生科技创新报告2009级电气2班4一、引言在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。在此次课程设计期间，我应用所学的知识设计了一套简易交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。其中时基电路是通过555定时器构成一个多谐振荡器，即信号产生器，为计数器提供信号，再经过74LS160（10进制计数器）分频而产生得到1Hz的方波。得到秒脉冲后通过74LS192减计数逻辑设计30秒倒计时电路。再利用与非门、非门和D型锁存器（S、R分别为置1和置0强迫端的特性）构成控制电路来控制红绿灯之间的转换，同时引555定时器产生信号为黄灯提供闪烁信号，最终实现电路功能。二、设计要求（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。大学生科技创新报告2009级电气2班5三、方案设计数码管显示电路192倒计时电路160分频电路555多谐振荡器主控逻辑电路主干道红绿指示灯支干道红绿指示灯图1交通控制灯电路设计如图1所示为交通控制电路设计方案图，根据概述中的设计思想及方法来实现下图的交通指示灯状态转换图中描述的指示灯的转换及每种状态维持的时间（用数码显示管来显示）。图2交通指示灯状态转换图状态1左右黄灯亮前后红灯亮状态0左右绿灯亮前后红灯亮状态3左右红灯亮前后黄灯亮状态2左右红灯亮前后绿灯亮大学生科技创新报告2009级电气2班6四、单元电路设计与分析1．555定时器构成的多谐振荡器555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI48kΩR152kΩR2100ΩRl100nFC10nFCf5VVs087419图3555定时器构成的多谐振荡器如图3所示为555定时器构成的多谐振荡器，Cf为10nF，若C取100nF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为0.01s的振荡信号;若C取10uF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为1s的振荡信号。大学生科技创新报告2009级电气2班72．用74LS160计数器构成分频电路U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VXFG10100Hz信号输入XSC1ABExtTrig++__+_VCCU4A74LS08D2秒信号输出1图474LS160构成的分频电路为得到高质量秒信号源，减少误差，时基电路才用对100Hz信号分频实现，如图4所示分频电路是由160计数器实现分频功能。XFG1为十进制计数器74LS160提供100Hz信号源：通过U1进位信号RC0给U2使能端提供使能信号，最终由U1进位端RC0和U2进位端RC0与输出秒信号。输入参数及输出波形如下：图5时基电路输出结果大学生科技创新报告2009级电气2班83．用74LS192加减计数器减法计数实现30秒倒计时Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7秒信号输入端D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U774LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U174LS192GND秒信号输入端图674LS192构成的30减法计数器如图5所示首先对计数器U7，U1设置初值30，将秒信号输入U7减计数时钟输入端，进而产生个位减信号，然后将个位计数器U7错位输出端连接至十位计数器减计数时钟输入端，从而产生十位退位。当计数结果为0时，给计数器置数信号，使得192再次从30开始倒计时。大学生科技创新报告2009级电气2班94．数码管显示电路Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14AU174LS48图7数码管显示电路如图所示通过74LS48译码芯片将倒计时电路产生信号译码，从而使得数码管显示，实现结果显示功能。显示电路与30秒倒计时电路整体如下：图830秒倒计时电路显示大学生科技创新报告2009级电气2班105．用三态门、非门和D型锁存器构成控制电路及指示灯电路Q0Q2Q4Q5Q1Q3LHXHFLHXHREDFREDFLHXHFREDREDLHXHREDFREDARBGBRAGARBGBRAGLHXHFREDAYFLHXHREDBYAYBYCLK12456U5:A74LS2091012138U5:B74LS2012U4:A74LS0434U4:B74LS0456U4:C74LS041312U4:D74LS041110U4:E74LS04D2Q5CLK3Q6S4R1U6:A74LS74D12Q9CLK11Q8S10R13U6:B74LS74123U9:A74LS0098U4:F74LS041098U9:C74LS0012U3:A74LS04D1LED-GREEND2LED-GREEND3LED-REDD4LED-REDD5LED-YELLOWD6LED-YELLOW12456U8:A74LS2091012138U8:B74LS20图9控制电路及指示电路主控电路主要是通过D型锁存器产生翻转信号来控制指示灯亮灭。一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：表1因此，我首先通过与非门等逻辑芯片将倒计时电路输出信号处理产生模25与模30的定时信号。分别通过D型锁存器产生两组翻转信号，记为：（BYSignal，UBYSignal）与（Redsignal，URedsignal）。然后根据表1将两组信号组合产生控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行大学生科技创新报告2009级电气2班11所需控制状态。由于黄灯亮时还必须伴有闪烁，所以在黄灯指示灯控制信号加入秒时钟信号，通过调节秒时钟信号占空比改变闪烁情况。五、总电路图及元器件清单1．总电路图Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q2Q4Q5Q1Q3LHXHFLHXHREDFREDFLHXHFREDREDLHXHREDFREDARBGBRAGARBGBRAGLHXHFREDAYFLHXHREDBYAYBYclkCLKD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U774LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4