一、交通燈的定義與組成

交通燈，也稱(chēng)為交通信號(hào)燈，是城市交通管理的重要工具，用于指示車(chē)輛和行人通行。它由紅燈、黃燈和綠燈（有時(shí)還包括其他類(lèi)型的信號(hào)燈，如箭頭燈、閃光警告信號(hào)燈等）組成，通過(guò)不同顏色的燈光周期性交替顯示，以控制交通流，保障交通安全，優(yōu)化交通流量和維護(hù)交通秩序。

交通燈通常指的是由紅、黃、綠（綠有時(shí)為藍(lán)綠）三種顏色燈組成的信號(hào)燈系統(tǒng)，用于指揮交通通行。具體來(lái)說(shuō)，交通燈系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要部分：

1. 信號(hào)燈 ：即實(shí)際發(fā)出紅、黃、綠光的燈具，是交通燈系統(tǒng)的核心部分。
2. 信號(hào)機(jī) ：指路口內(nèi)的信號(hào)燈設(shè)備，包括燈具及其安裝支架等。
3. 信號(hào)控制器 ：控制信號(hào)機(jī)工作的電子設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)序周期和交通狀況控制信號(hào)燈的顯示。
4. 信號(hào)時(shí)序控制器 ：控制信號(hào)機(jī)的時(shí)序控制電子設(shè)備，按照一定的時(shí)間周期控制紅、黃、綠三種燈光的交替顯示。

二、交通燈的工作原理

交通燈的工作原理主要通過(guò)信號(hào)時(shí)序控制器和信號(hào)控制器控制紅、黃、綠三種燈光的交替顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一過(guò)程可以分為時(shí)序控制和電控制兩個(gè)階段：

1. 時(shí)序控制 ：
   • 信號(hào)時(shí)序控制器按照一定的時(shí)間周期控制紅、黃、綠三種燈光的交替顯示。每個(gè)時(shí)序周期包括紅燈時(shí)間、黃燈時(shí)間和綠燈時(shí)間三個(gè)時(shí)間段。
   • 紅燈時(shí)間表示紅燈亮起的時(shí)間，禁止車(chē)輛和行人通行。
   • 黃燈時(shí)間表示黃燈亮起的時(shí)間，通常作為過(guò)渡階段，提醒車(chē)輛和行人注意，已越過(guò)停止線(xiàn)的車(chē)輛可以繼續(xù)通行，未通過(guò)的則應(yīng)減速慢行到停車(chē)線(xiàn)前停止并等待。
   • 綠燈時(shí)間表示綠燈亮起的時(shí)間，準(zhǔn)許車(chē)輛和行人通行。
2. 電控制 ：
   • 信號(hào)控制器根據(jù)路口交通狀況和時(shí)序控制器的指令控制信號(hào)機(jī)的紅、黃、綠三種燈光顯示。
   • 當(dāng)交通流量較少時(shí)，信號(hào)控制器會(huì)設(shè)置較長(zhǎng)的綠燈時(shí)間，以便車(chē)輛和行人快速通行。
   • 當(dāng)交通流量較大時(shí)，信號(hào)控制器會(huì)設(shè)置較短的綠燈時(shí)間和較長(zhǎng)的紅燈時(shí)間，以保證交通安全和交通秩序。 # 三、交通燈的特點(diǎn)

交通燈作為城市交通管理的重要工具，具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

1. 統(tǒng)一性與標(biāo)準(zhǔn)化 ：
   • 交通燈是國(guó)際統(tǒng)一的交通信號(hào)系統(tǒng)，其顏色、形狀、顯示方式等都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。這使得交通參與者能夠在全球范圍內(nèi)識(shí)別并遵守交通信號(hào)，提高交通管理的效率和安全性。
2. 直觀性與易理解性 ：
   • 交通燈通過(guò)紅、黃、綠三種顏色的燈光直觀地表示禁止、警告和通行的信息，易于被交通參與者理解和接受。這種直觀性使得交通信號(hào)能夠在復(fù)雜的交通環(huán)境中迅速傳遞信息，引導(dǎo)車(chē)輛和行人有序通行。
3. 靈活性與適應(yīng)性 ：
   • 交通燈系統(tǒng)能夠根據(jù)交通流量的變化靈活調(diào)整時(shí)序周期的長(zhǎng)度和紅、黃、綠三燈的顯示時(shí)間，以適應(yīng)不同路口和不同時(shí)間段的交通需求。這種靈活性使得交通信號(hào)能夠在保證交通安全的前提下，最大限度地提高道路通行能力。
4. 高效性與安全性 ：
   • 交通燈通過(guò)周期性地交替顯示紅、黃、綠三種燈光，有效控制了車(chē)輛和行人的通行順序和速度，減少了交通沖突和交通事故的發(fā)生。同時(shí)，交通燈還能夠通過(guò)信號(hào)控制器和信號(hào)時(shí)序控制器的智能調(diào)度，優(yōu)化交通流量分布，提高道路通行效率。
5. 節(jié)能環(huán)保性 ：
   • 隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代交通燈系統(tǒng)越來(lái)越多地采用LED等高效節(jié)能的光源作為信號(hào)燈的光源。這些光源具有功耗低、壽命長(zhǎng)、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，不僅降低了交通燈系統(tǒng)的運(yùn)行成本，還減少了能源消耗和環(huán)境污染。

四、交通燈的其他類(lèi)型與功能

除了基本的紅、黃、綠三色燈外，交通燈系統(tǒng)還包括其他類(lèi)型的信號(hào)燈和附加功能：

1. 箭頭燈 ：
   • 箭頭燈是一種具有方向指示功能的信號(hào)燈，通過(guò)不同顏色的箭頭圖案表示不同方向的通行或禁止信息。箭頭燈通常與全屏燈配合使用，以提高交通信號(hào)的指示效果和直觀性。
2. 閃光警告信號(hào)燈 ：
   • 閃光警告信號(hào)燈是一種持續(xù)閃爍的黃燈，用于提示車(chē)輛和行人通行時(shí)注意瞭望，確認(rèn)安全后通過(guò)。這種信號(hào)燈通常設(shè)置在交通復(fù)雜或易發(fā)生危險(xiǎn)的路段，以提高交通參與者的警覺(jué)性和安全性。
3. 車(chē)道信號(hào)燈 ：
   • 車(chē)道信號(hào)燈用于指示特定車(chē)道的通行或禁止信息。例如，在高速公路入口匝道處設(shè)置的車(chē)道信號(hào)燈可以指示車(chē)輛是否可以進(jìn)入主路或繼續(xù)沿匝道行駛。
4. 人行人行橫道燈 ：
   • 人行橫道燈是交通燈系統(tǒng)中專(zhuān)為行人設(shè)置的信號(hào)燈，用于指示行人是否可以通過(guò)人行橫道。它通常與車(chē)輛交通方向燈配合使用，確保行人和車(chē)輛在交叉路口的安全通行。

五、基于555定時(shí)器的四路交通燈電路圖

1、采用定時(shí)器IC 555和計(jì)數(shù)器IC CD4017的四路交通燈電路圖

交通信號(hào)燈對(duì)于調(diào)節(jié)道路上的車(chē)輛和交通非常重要，簡(jiǎn)單的四路交通燈電路采用定時(shí)器IC 555和計(jì)數(shù)器IC CD4017設(shè)計(jì)。我們知道每個(gè)交通信號(hào)燈設(shè)置都有三種顏色，分別代表紅色代表停止、黃色代表等待、綠色代表前進(jìn)，這些信號(hào)是根據(jù)時(shí)間間隔起作用的。

在這個(gè)簡(jiǎn)單的四路交通燈電路中，我們使用定時(shí)器 IC 555 作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，根據(jù)定時(shí)電阻器和定時(shí)電容器產(chǎn)生脈沖，然后將 IC 555 的輸出脈沖饋入計(jì)數(shù)器 IC CD4017 時(shí)鐘輸入，該計(jì)數(shù)器集成電路對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并改變將輸出線(xiàn)（Q）邏輯變?yōu)楦唠娖交虻碗娖剑ㄟ^(guò)在該計(jì)數(shù)器IC輸出端連接適當(dāng)顏色的LED，我們可以獲得交通信號(hào)燈。

這個(gè)簡(jiǎn)單的四路交通燈電路有兩個(gè)階段，一個(gè)是計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)階段，另一個(gè)是指示燈階段。這些指示燈應(yīng)正確放置在四個(gè)車(chē)道上。這里，定時(shí)器 IC 555 與定時(shí)電阻器 R1、VR1 和定時(shí)電容器 C1 一起放置，這些元件基于這些元件值在輸出引腳傳送的輸出脈沖。這些脈沖決定了交通燈信號(hào)的定時(shí)間隔。

對(duì)于該方程，RA = R1、RB = VR1 且 C = C1。

定時(shí)器 IC 的輸出脈沖通過(guò) R2 電阻饋入計(jì)數(shù)器 IC CD4017 時(shí)鐘輸入。計(jì)數(shù)器IC輸出Q0至Q3將驅(qū)動(dòng)北巷和南巷的綠色信號(hào)，以及東巷和西巷的紅色信號(hào)。輸出 Q4 驅(qū)動(dòng)北車(chē)道和南車(chē)道的黃色信號(hào)。

輸出 Q5 至 Q8 將為東車(chē)道和西車(chē)道驅(qū)動(dòng)綠色信號(hào)，為北車(chē)道和南車(chē)道驅(qū)動(dòng)紅色信號(hào)。輸出 Q9 驅(qū)動(dòng)?xùn)|車(chē)道和西車(chē)道的黃色信號(hào)。

2、使用555定時(shí)器IC的四路交通燈電路圖

我們將在這個(gè)交通燈項(xiàng)目中構(gòu)建一個(gè)電路來(lái)控制四路信號(hào)。該電路配備了555定時(shí)器IC和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。定時(shí)器產(chǎn)生脈沖，提供給 10 級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

TEN 是 10 級(jí) DECADE COUNTER 的存儲(chǔ)器。最多可以計(jì)數(shù)十個(gè)脈沖。計(jì)數(shù)器將其視為一個(gè)事件，并在每個(gè)時(shí)鐘峰值后對(duì)其進(jìn)行紀(jì)念。記憶的活動(dòng)數(shù)量用相應(yīng)的引腳顯示。

下圖顯示了使用 555 定時(shí)器 IC 的交通燈四路圖。隨著時(shí)間的推移，計(jì)時(shí)器會(huì)產(chǎn)生大約 100ms 的脈沖。 ON 時(shí)間為 50ms，OFF 時(shí)間為 50ms。改變電容值將調(diào)整時(shí)間。雖然路燈在輪班時(shí)間持續(xù)2分鐘，但這里測(cè)試電路的時(shí)間減少了。

該電路中 4 路交通燈的時(shí)移可以通過(guò)用一個(gè) 470uF 電容器替換 10uF 電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電源接通后，定時(shí)器像方波發(fā)生器一樣工作并產(chǎn)生時(shí)鐘，該時(shí)鐘被饋送到十進(jìn)制二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。例如，十進(jìn)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)時(shí)鐘提供的脈沖個(gè)數(shù)為長(zhǎng)，引腳輸出為高電平。每 100 毫秒就會(huì)有一個(gè)尖峰。該尖峰將為計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器提供一個(gè)，并且輸出也將是。

3、使用555定時(shí)器IC的四路交通燈電路圖

這款簡(jiǎn)單的四路交通燈使用 555 定時(shí)器 IC。 555 定時(shí)器 IC 用作非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。它產(chǎn)生依賴(lài)于電阻器和電容器的定時(shí)的脈沖波。我們將脈沖輸入電路中接線(xiàn)的計(jì)數(shù)器 IC 的時(shí)鐘輸入端。此過(guò)程產(chǎn)生高電平或低電平邏輯。通過(guò)將不同顏色的 LED 與不同的信號(hào)相關(guān)聯(lián)（例如，紅色表示停止，綠色表示行駛，黃色表示等待），我們可以在輸出處得到結(jié)果。該電路是一個(gè)原型，可以大規(guī)模有效地工作，只需要一些額外的元件。

4、采用555定時(shí)器IC和計(jì)數(shù)器IC CD4017的四路交通燈電路圖

在本教程中，我們將設(shè)計(jì)四路 交通燈項(xiàng)目電路 。交通燈信號(hào)對(duì)于控制道路上的車(chē)輛起著重要作用。四路交通燈采用555定時(shí)器IC和計(jì)數(shù)器IC CD4017。

555 定時(shí)器 IC 作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器運(yùn)行。它產(chǎn)生的脈沖取決于電阻器和電容器的時(shí)序。然后脈沖被送入計(jì)數(shù)器 IC 的時(shí)鐘輸入。這會(huì)將輸出邏輯更改為高電平或低電平。通過(guò)在計(jì)數(shù)器 IC 的輸出端連接適當(dāng)顏色的 LED，可以獲得交通燈信號(hào)。

四路交通燈電路由兩級(jí)組成。第一個(gè)是計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)階段。另一個(gè)是光階段的指示。燈光舞臺(tái)的指示應(yīng)適當(dāng)布置在四車(chē)道上。電容器和電阻器的值設(shè)置 555 IC 的時(shí)序。然后它將它們傳送到輸出引腳。這些脈沖決定交通燈信號(hào)的時(shí)間間隔。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 IC 有十個(gè)輸出。 Q0 至 Q3 將為北車(chē)道和南車(chē)道驅(qū)動(dòng)綠燈，為東車(chē)道和西車(chē)道驅(qū)動(dòng)紅燈。輸出 Q4 為北車(chē)道和南車(chē)道驅(qū)動(dòng)黃色信號(hào)。然后Q5至Q8的輸出將驅(qū)動(dòng)?xùn)|、西車(chē)道的綠色信號(hào)，以及北、南車(chē)道的紅色信號(hào)。輸出 Q9 驅(qū)動(dòng)?xùn)|車(chē)道和西車(chē)道的黃色信號(hào)。