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铁路道口交通控制器的设计与仿真

文档作者：张静之文档来源： 1．上海工程技术大学高职学院 2．上海市高级技工学校		点击数：	更新时间： 2025年05月09日
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数控技术
铁路道口交通控制器的设计与仿真
张静之，，
(1．上海工程技术大学高职学院上海200437；2．上海市高级技工学校上海200437)
摘要：本文围绕铁路与公路之间交叉路口的交通控制器的设计与仿真进行剖析。设计过程是依据时序逻辑电路的设计步骤进行的，以D触
发器作为主要控制器件。此外，为了验证设计结果的正确性，采用了Multisim软件对设计好的电路进行仿真测试，以便更好的说明其实用性和稳
定性、安全性等优点。
关键词：交通控制器时序逻辑电路D触发器Multisim软件仿真电子设计自动化
中图分类号：TN702 文献标识码：B 文章编号：1007．9416(2011)11-0003—04
1、铁路道口交通控制器电路设计要求
图1．1所示是铁路和交叉路口的平面位置示意图，在 和只点
设置了两个压敏元件。为了不让火车同时压在两个压敏元件上，所
以设置两个压敏元件时两点之间的距离较远。A、B是阻挡汽车通
行的两个栅门。当火车由东向西(或自西向东)通过 、只段，且当火
车的任何部分位于两点之间的时候，阻挡公路的 栅门和B栅门应
该同时关闭，以便正在公路上行驶的汽车停下让火车先行，当火车
通过 、只段且火车的任何部分位于 只之外的时候，阻挡公路的A
栅门和B栅门则同时打开，这时公路恢复通畅。
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图1．1交通控制器示意图
2、铁路道口交通控制器电路设计步骤
本课题将按照同步时序逻辑电路的设计步骤完成交通控制器
电路设计工作。
2．1由给定的逻辑功能求出原始状态图
根据设计要求中对交通控制器整个工作过程的描述，可划分为
七个状态，分别表示为：
：火车在 和 区间之外(对应输入 ：o0)
：火车自西向东行驶，并压在 上
S ：火车继续自西向东行驶，且位于 和只之间
S ：火车仍自西向东行驶，且压在 上
S ：火车自东向西行驶，并压在 上
：火车继续自东向西行驶，且位于 和 之间
墨：火车仍自东向西行驶，且压在 上
10／1
＼
／
00／0
a)
0l，l
1
分别以上述状态为现态，考察在每一个可能的输入组合作用下
应转入哪个状态及相应的输出，以火车自西向东行驶并通过交叉路
口的工作过程为例来分析：
当火车还没有进入 ， 的区间时， 、只点对应的输出信号
XI=0，X2=0，栅门 、B应该处于打开状态，控制 栅门和 栅
门开关的信号Z：0，此时处于状态S中。
当火车自西向东行驶压在了 点上时， 点对应的输出信号
= 1，由于 与 点之间相距较远，使火车没有压到只点，
= 0。此时火车正在接近交叉路口，出于对公路上汽车的安全考
虑，栅门 、 应该关闭处于警报和保护状态，信号Z：1，即电路由
S状态进入到 ，状态，如图2．3所示。图中的圆圈表示触发器的状
态，箭头表示从一个状态过渡到另一个状态，箭头旁边的有斜线
“／”分开的代码分别表示产生过渡的条件和在此条件下产生的输
出状态。例如，从 状态进入到 状态的箭头旁边有“10／1”，表示
= 1，X2=0时，电路的输出信号Z：1。
当火车驶入了 和 之间， 和 都没有被火车压到，对应的
输出信号Xl=0，X2=0，此时栅门 、 必须保持关闭状态，控制
栅门A、B的输出信号Z：1，这样才能保证公路上汽车和行人的安
全。电路由 ，状态进入到S 状态。
火车继续自西向东行驶经过只点上时， 点对应的输出信号
= 1。此时火车还没有完全通过交叉路口，为了公路上汽车和行
人的安全，栅门 、 仍然保持关闭状态，控制栅门A、B的输出信
号z：l，电路由 状态进入到 状态。
当火车已经通过了只点后，说明火车已经顺利通过了交叉路
口，此时的 、只的对应的输出信号Xi=0，X2=0，此时可以将栅
门A、B打开使公路交通恢复通畅，所以控制栅门 、 的输出信
号Z：0，电路由受状态进入到 状态。
同理可以分析出火车自东向西的工作过程和与之对应状态转
移和输出。通过以上分析便可求得符合题意的状态图如图2．1a)所
刁 。
OO／0
图2．1交通控制器的状态图
b)
船
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●
十一
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数控技术 。l!与 应用
2．2状态化简
分析交通控制器的状态图和状态表，可以发现 和 、 和
S 以及 和 是等价的可以进行合并，如图2．1b)所示，与之对应
的状态表如表2．1所示。
表2．1交通控制器简化后的状态表
00 0l 11 10
Sl sl／0 S5／l ×／x S2／1
S2 S2／1 S4／1 ×／× S2／1
S4 Sl／0 S4／1 ×／× S4／1
S5 S5／1 S5／1 ×／× S4／1
显然，状态化简使状态数目减少，从而可以减少电路中所需触
发器的个数或门电路的个数。
2．3状态编码、并画出编码形式的状态图及状态表
对交通控制器进行状态分配：通过上面的分析最终得到四个状
态，用2位二进制代码组合进行表示，即：Si=00、 ，=01、 =11、
S =l0，这一分配结果可用状态分配表2．2所示。图2．2所示为交通
控制器化简后的编码形式的状态图。由编码形式的状态图可得到交
通控制器编码后的状态表，如表2．3所示。
表2．2交通控制器状态分配表
0 1
0 S1 S2
l S5 S4
00／0
表2．3交通控制器编码后的状态表
＼ 。 2 00 01 1 1 l0
Q。 Q：
00 00／0 l0／1 ×／x 01／1
01 0l／1 1 1／1 ×／x 01／1
l1 00／0 11／1 ×／x ll／1
10 10／1 10／1 ×／× ll／1
2．4选择触发器的类型及个数
本设计采用的是D触发器来实现交通控制器的控制。D触发
器的个数数选择公式(2．1)为：
2 ～’'CLK lO 5 鄱门A _
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图3．1编辑电路原理图
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图4故障现象查询界面及向导查询界面
过显示单元，用简单人机对话的方式选择故障现象，通过运行推理
程序，按照一定的策略进行推理。诊断专家系统以专家知识、经验为
基础，模仿领域专家解决复杂问题的思维过程，这就使普通维修人
员同样能对故障做出具有专家级水平的诊断结论。
利用专家系统和数据库技术设计数控机床故障诊断系统，可为
现场技术维修人员快速完成故障定位并进行故障维修提供帮助，具
有较强的实际意义。
参考文献
[1]孙海山，余愚，蒋永华．故障树分析方法在数控机床故障诊断中的
应用[J]．机床工具制造业，2007．3．
[2]舒悌翔．故障诊断理论与技术的发展趋势：2003年计量测试学
术研讨会论文集，2003．9．
[3]叶柏生，黄增双，李斌．故障树分析方法在数控机床故障诊断系统
中的应用[J]．机床与液压，2006(8}．1 35—1 37．
⋯ ⋯ 上接第5页
Z
图3．2时序控制电路波形图
第三步： 和 点上的压敏元件是从Basic元件库中取出的两
个单刀双掷开关(SPDT)来代替，当开关向上打，模仿火车已压在压
敏元件上，输入信号为1；而如开关打到下端，则模仿火车没有压着
压敏元件，相应的输入信号为0。两开关的上下搬动，分别设置为按
键盘上的A、B键来进行。
第四步：输出信号控制的两个栅门A和B分别用两个数字指
示器(Probe)来模拟。当输出z：1时，Probe发光，表示两个栅门关
闭；而输出Z：0时，Probe不发光，则表示栅门打开为了可靠发光，
Probe的发光门限设置为4V。
第五步：为了进行Real仿真，在电路中已经有了5V数字电源的
基础上，还要示意属性地设置一个数字接地端，否则得不到正确的
结果。
第六步：编辑好电路后，启动Simulate菜单中的D~Ral Simu一
[4]张朝阳，张代胜等．基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统
的研究【D]．农业机械学报，2003．34．
[5]周辉，方建军．基于数据库的数控机床故障诊断专家系统．电脑知
识与技术[J]．2009．1．
作者简介
周辉(1 9 7 2一)，女，北京市人，工程硕士，北京市工贸技
师学院教师，高级讲师，主要研究方向：机电工程、数控教
学．
基金项目
北京市工贸技师学院教学研究基金资助项目，项目名称：数控
机床典型故障诊断与维修的研究，项目标号：GMKY20 1 00 6
lation命令在打开的Digital Simulation Settings对话框中选择Real
项，然后再启动电路的仿真开关，进行仿真观察。
第七步：通过点击 、 、A、A顺序来进行火车从西向东开过
的模拟；通过点击A、A、B、B顺序来进行火车从东向西开过的模
拟，仿真出的时序图如图3．2所示。
如果用其他顺序来操作，将产生错误的结果，但这不影响电路
的正确性，因为其他顺序操作在实际情况下是不可能出现的。
4、结语
本课题结合实际的需要和设计的要求，确立r一个基于I)触发
器的交通控制器的设计方案，其设计方法为时序逻辑电路的设计方
法。为了进一步验证设计的正确性，通过Multisim软件对电路仅进
行仿真，仿真结果符合设计要求，结果正确，达到 预期的目的。
参考文献
[1]康华光．电子技术基础数字部分(第四版)[H]．北京：高等教育
出版社，2000．
[2]郑步生，吴渭．Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[H]．北京：
电子工业出版社，2002．
[3]郭勇．EDA技术基础(第二版)[H]．北京：机械工业出版社，2005．
基金来源
上海工程技术大学高职学院科研项目。

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