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交通信号灯控制系统

株洲师范高等专科学校物理与电子工程系毕业论文 株洲师范高等专科学校物理与电子工程系毕业论文

交通信号灯控制系统



名:

汤知路 肖利君 应用电子技术 07 级应电班 04207109

指导老师: 专 班 学 时 业: 级: 号:

间: 2010-5-5 至 2010-5-28

内容摘要

摘要
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注.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.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. 十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路 畅通的关键.本设计主要由控制器,定时器,译码器和秒脉冲信号发生器等部分组 成.秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两 组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分, 由它控制定时器和译码器的工作.应用的主要芯片有 74LS163,74LS153,3-8 译码 器,555 定时器电路等组成. 关键字:交通控制,交通灯,时间发生器,555 定时器

Abstract
With the development of society and economy, urban traffic problems and cause the attention of people. People, vehicles and road, the relationship of traffic management has become an important problem to be solved. Urban traffic control system is designed for urban traffic data monitoring and control traffic lights, traffic persuation computer integrated management system, it is the modern urban traffic control system is one of the most important parts of it. Cross the road traffic lights control is the key of traffic safety and roads. This design is mainly by the controller, timer and decoder and pulse signal generator, etc. Second is the system of pulse generator timer and standard of the clock signal controller, two groups of decoder output signal control signal, the driver circuit, drive signal after working controller is the main part of the system, by which control the timer and decoder of work. The main chip has 74LS163 application, 3-8, 74LS153 decoder, 555 timing circuits, etc.

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目 录





摘要................................... ...................................I Abstract.................................. I ...... ............................ 目录................................... II ................................... 第一章绪论................................ 1 ................................ 1.1 课题的理论与实际研究........................ ....................... 1 1.2 研究目的和意义........................... .......................... 1 1.3 城市交通灯的现况.......................... ......................... 2 1.4 我国城市交通特点分析....................... .......................3 1.4.1 人的交通素质......................... ........................ 3 1.4.2 城市道路状况......................... ........................ 3 .................... 3 1.4.3 我国城市交通的特殊性..................... 1.5 我国城市交通控制策略探讨..................... .....................4 第二章 各单元电路图及其功能........................ ....................... 6 2.1 总体电路设计........................... ...........................6 2.2 各单元电路图及原理分析...................... ......................6 ........................... 2.2.1 定时器............................6 2.2.2 控制器............................7 ........................... 2.2.3 译码器............................ 8 ............................ ....................... 10 2.2.4 倒计时计数电路........................ 2.2.5 交通灯控制器的 ASM..................... 10 ..................... 2.2.6 555 电路的结构组成和工作原理................. ................ 12 第三章 总结............................... 16 ............................... 第四章 心得体会............................. 18 ............................. 参考文献................................. ................................ 20 致谢................................... .................................. 21 附录:.................................. 22 ..................................

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第一章 绪论

第一章 绪论
1.1,课题的理论与实际研究意义
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注.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.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.所以,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,缓解主干道与匝道,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. 世纪初, 19 在英国中部 的约克城,红,绿装分别代表女性的不同身份.其中,着红装的女人表示我已结婚,而 着绿装的女人则是未婚者.后来,英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故,于是 人们受到红绿装启发, 1868 年 12 月 10 日, 信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦 的广场上诞生了,由当时英国机械师德哈特设计,制造的灯柱高 7 米,身上挂着一盏 红,绿两色的提灯--煤气交通信号灯,这是城市街道的第一盏信号灯.在灯的脚下,一 名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色.后来在信号灯的中心装上煤气 灯罩 ,它的前面有两块红,绿玻璃交替遮挡.不幸的是只面世 23 天的煤气灯突然爆炸 自灭,使一位正在值勤的警察也因此断送了性命. 从此,城市的交通信号灯被取缔了.直到 1914 年,在美国的克利夫兰市才率先恢 复了红绿灯,不过,这时已是"电气信号灯".稍后又在纽约和芝加哥等城市,相继重 新出现了交通信号灯. 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要,第一盏名副其实的三色灯(红,黄, 绿三种标志)于 1918 年诞生.它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座 高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善. 目前城市中最多的是四组的三方向指示灯:一个红灯常亮,一个向右,向前,向左 的绿色箭头,依次亮的是向右,向前,向左的绿灯箭头.一个绿灯亮时,另两个为红灯 三种颜色的光波长较长,不易发生色散,传的较远,而其他颜色的光波长较短,容 易发生色散,穿透能力弱,所以不用其他色光.一般的红绿灯上面是红灯,中间是黄灯,最
下面是绿灯

1.2 研究目的和意义

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第一章 绪论

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通,并为交通参与者的安全提供了 强有力的保障.但是随着社会,经济的快速发展,原先的交通灯控制系统已经不能适现 在日益繁忙的交通状况.如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成 为研究的课题. 传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是:事先经过车辆流量的调查,运用统计 的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好.然而,实际上车辆流量的变化往往是不确 定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异.即使是经过长期运行,较适用 的方案,仍然会发生这样的现象:绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队 等候通过.这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛 发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通 灯. 目前,大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方 法.由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的,随机的和不确定的,采用固定时间的 控制方法,经常造成道路有效利用时间的浪费,出现空等现象,影响了道路的畅通.为 此,采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器,能较好地解决这个问题, 随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高,原有的交通灯装置远远不能满足 当前高度自动化的需要.可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术,计量技术, 新传感器技术,计算机管理技术于一体的机电一体化产品;充分利用计算机技术对生产 过程进行集中监视,控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统 的优点,采用标准化,模块化,系统化设计,配置灵活,组态方便

1.3,城市交通灯的现况
早在 1850 年,城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注. 第一次对交叉路口交通的控制尝试起源于 1868 年英国伦敦,当时由警察手工轮流变换 指挥用的旗帜,当时的控制指令可以称之为旗语.这种控制方式在 1908 年传到美国纽 约,并且很快在全国传播开来.城市电气化的发展导致了 1914 年在俄亥俄州的克利夫 兰市出现了第一台电力驱动的交通信号灯. 1919 年, 纽约市开始把手动指挥的旗子换成 了电机控制的信号灯.在 1923 年,Garrett Morgan 申请专利 Morgan 交通信号灯,后来 卖给了通用电气公司.到 1932 年,在布鲁克林市 Parkside 大街上的最后一个手动控制 的旗子也被电机控制信号灯取代.从 1920 年到 1970 年近 50 年的时间里,电机驱动的 信号灯占据了交通信号控制系统的主要市场.周期长度是通过安装合适的齿轮来进行保 证的,通过在一个计时转盘上插入销子来把周期分成不同的时间间隔.为了适应交通变 化的需要,这种划分时间的方式被称为"三个时段"划分法.同时为了保证相邻的交叉 口能够在一个交通信号系统中以预计的信号周期,绿信比和相位差下工作,一种"七条
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第一章 绪论

线缆"连接的方式发展起来,以使相邻的电机驱动的信号灯能够在一种系统控制的方式 下工作,即使现在我们步入了新千年,在一些城市的某些地方仍然使用这种基于三个时 段划分周期的信号控制器和七条线缆连接的系统.甚至,大部分在电机驱动的系统中发 展起来的术语到现在仍然在现代的微处理控制器中使用.在 20 世纪 60 年代早期,计算 机被引进到交通信号控制系统中.城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型:定 周期的信号机,多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适 应多相位智能型信号机.具体采用哪种类型,应根据其应用场合及特点加以确定. 其中,第一种类型以其成本低,设计简单,安装及维护方便等特点得到了广泛应用.本 文讨论的城乡交通灯控制系统就属于该种类型.

1.4 我国城市交通特点分析
人,车,路是构成城市交通的三大要素,要探讨我国城市交通特点,必须从分析这 三大要素的基本特点着手. 1.4.1 人的交通素质 人是交通的主体,与世界发达国家相比,我国人的社会交通意识还没有真正形成, 少数领导部门交通观念淡薄,对城市交通建设在国民经济建设中的重要性认识不足,交 通政策时有失误.机动车驾驶员文化水平低,又缺乏系统训练,尤其缺乏心理素质,感 知能力和判断能力的培养,因而,对人,车的运动特征不能很好掌握.行人与非机动车 驾驶员普遍不懂, 甚至漠视交通法规. 交通管理人员交通工程和心理学知识贫乏, 感知, 分析交通信息和处理特发性事件的能力不强.总的来看,我国人的交通素质距离现代化 城市交通要求还相差甚远,而交通与人密切相关,城市交通中出现的问题几乎都离不开 人的因素,因此,想方设法提高全社会的文化素质,健全交通法规,加强交通宣传教育, 增强人的社会交通意识,培养良好的交通习惯,使参与交通的每个人都认识到交通的重 要性,自觉顺应交通规律,是建立我国城市交通控制系统,使之有效运行的前提条件. 1.4.2 城市道路状况 路是交通的物质基础,有路才能通车,行人.我国是一个文明古国,许多城市已有 上千年的历史,城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的,近几年虽然作 了些改建和扩建, 但毕竟还难以冲破原来的基本格局. 我国城市道路普遍存在的弊端是: (1)路网密度低 (2)交通干道少 (3)路口平面交叉

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第一章 绪论

1.4.3 我国城市交通的特殊性 道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性,主要表现是: 城市路网稀,干道少,间距大,市区人口稠密,出行需求集中,迫使车辆集中于少 数干道上行驶.至于中小城市 ,干道特征更为明显,往往只有一两条干道贯穿全市, 而其他支路上交通量极小.从流量变化情况来看,除外围过境干道外,都是有一定规律 的,高峰小时基本上都集中在几个时段内. 我国城市机动车车种繁杂,从 50 年代的老式车到 80 年代的新型车,从大货车到小 轿车都在一个平面上行驶, 不少城市拖拉机还是一种主要运输工具, 前面一辆旧车挡道, 尾随的新型车只能跟着爬行,过交叉口时经常出现启动慢的车挡住启动快的车,使交通 工程师精心设计的交通配时方案不能很好发挥效益.

1.5 我国城市交通控制策略探
本着不盲目照搬现成系统的经验,或一味追求控制策略与原理的新颖性,而是根据 我国城市交通的实际情况, 从简从易, 逐步完善的原则, 我国城市交通控制策略宜采取: (1) 根据干道特征明显的特点,系统以线控制为主. (2) 根据干线上交通流有规律可循的特点,系统以定时控制为主. (3) 根据车种混杂和路网稀,路口间距相差悬殊,难以建立精确交通预测模型的特 点,系统应加强路口应变能力,强化感应控制功能. (4) 根据机非混合交通特点,系统要处理好自行车交通,常用的方法有: 1)实现自行车与机动车的分离 自行车与机动车的突出矛盾在于混行,要在我国现有道路基础上,开辟出规模庞大 的自行车道路网是不现实的, 但各城市确有许多小街小巷可利用, 对它们进行合理规划, 造成自行车专用道,消除或减少自行车与机动车的相互干扰是可能的. 2)增设左转相位 对机动车干扰最大的是 左 转自行车, 在自行车高峰时, 对左 转自行车流较大的路 口增设 左 转相位,时间不需很长便可利用自行车启动,疏散快的特点,使左转自行车 基本通过. 3)控制信号分时使用 自行车与机动车高峰出现时间是交错的,在自行车高峰期间,自行车是构成交通流 的主体,系统进行信号配时优化时,可优先考虑自行车.
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第一章 绪论

(5) 可能的系统结构 确定系统的硬件结构主要是依据系统控制策略要求, 系统成本分析和城市的财政承 受能力,同时也要受到系统管理维护人员技术水平的制约.纵合考虑,我国城市采用两 级控制结构为宜,即由中心计算机和终端——交通信号控制器组成,信号配时方案存于 终端中,终端将处理好的检测器数据和交叉口工作状态数据定时传送至中心计算机,中 心计算机经优化计算后给出下一个配时方案指令,由交通信号控制器执行.这种结构形 式的突出优点是: 1)减少数据传输量,控制中心与终端间只需低容量传输系统即可有效地进行数据 通信. 2)主要控制和处理功能由终端——交通信号控制器完成,大大减轻了中心计算机 的负担,只要配置功能稍强的微机系统即可建成一个相当规模的控制系统. 按上述设想建立起来的将是一个旨在解决机非混合交通问题, 以线控制为主, 方案 选择型实时自适应城市交通控制系统. (6) 可能出现的动向 1) 系统功能的缩小 我国建制市 370 多个,绝大多数还难以投入足够的资金建立一个功能齐备的控制系 统,从几个引进系统的实施情况来看,并不需要,实际上也没有用到这些系统的全部功 能, 因此, 系统发展的一个可能趋势是系统功能的缩小, 国外也提出了基本系统的概念, 基本系统不以交通应答作为基本设计依据,只是按照一天内划分的时段或根据控制中心 的人工干预执行简单的时间表,因而不需车辆检测器和大量的数据处理.功能缩小后的 系统不需配置动态地图显示板等外围设备 ,便于控制中心主机微机化,耗资少,使用 方便,对我国大中城市有很吸引力. 2) 交通信号控制器微机化,系列化 我国有 2000 多个县,每个县都有几个城镇,计算机区域控制目前对这些小城市来说是 不现实的,以微机为基础的交通信号控制器功能灵活,便于实现无电缆协调控制,必将 成为小城市交通控制的主体.大中小城市对信号控制器的使用要求不同,对交通信号控 制器的微机化,系列化势在必行.

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第二章 各单元电路及其功能

第二章
2.1 总体电路设计

各单元电路图及其功能

交通灯控制系统的原理框图如图 2-1 所示.它主要由控制器,定时器,译码 器和秒脉冲信号发生器等部分组成.秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的 标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯 工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作.图中: TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒,即车辆正常通行的时间 间隔.定时时间到,TL=1,否则,TL=0. TY:表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒.定时时间到,TY=1,否则,TY=0. ST:表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号.由它控制 定时器开始下个工作状态的定时.

图 2-1 交通灯控制系统的原理框图

2.2 各单元电路图及原理分析
2.2.1 定时器 定时器由与系统秒脉冲(由时钟脉冲产生器提供)同步的计数器构成,要求 计数器在状态信号 ST 作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器 从零开始进行增 1 计数, 向控制器提供模 5 的定时信号 TY 和模 25 的定时信号 TL. 计数器选用集成电路 74LS163 进行设计较简便. 74LS163 是 4 位二进制同步计 数器,它具有同步清零,同步置数的功能.74LS163 的外引线排列图和时序波形图 如图 2 所示,其功能表如表 12,2 所示.图中, 是低电平有效的同步清零输入端,
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第二章 各单元电路及其功能

是低电平有效才同步并行置数控制端,CTp,CTT 是计 图 1 交通灯的 ASM 图数控 制端,CO 是进位输出端,D0~D3 是并行数据输入端,Q0~Q 3 是数据输出端.由 两片 74LS163 级联组成的定时器电路如图所示. 2.2.2 控制器 控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状 态的转换.从 ASM 图可以列出控制器的状态转换表,如表 2-2 所示.选用两个 D 触发器 FF1,FFO 做为时序寄存器产生 4 种状态,控制器状态转换的条件为 TL 和 TY,当控制器处于 Q1n+1Q0n+1= 00 状态时,如果 TL= 0,则控制器保持在 00 状态;如果,则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1= 01 状态.这两种情况与条件 TY 无关, 所以用无关项"X"表示.其余情况依次类推,同时表中还列出了状态转换信号 ST.

表 2-1 74LS163 功能

表 2-2 控制器状态转换表

根据表 2-2, 可以推出状态方程和转换信号方程, 其方法是: Q1n+1, 将 Q0n+1 和 ST 为 1 的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中"1"用原变量表示,"0"用反变量 表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:

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第二章 各单元电路及其功能

根据以上方程, 选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数, 将触发 器的现态值 () 加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号. 即可实现控制器的功能. 控制器的逻辑图如图 2-2 所示.图中 R,C 构成上电复位电路 .

图 2-2 控制器逻辑图

2.2.3 译码器 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1, Q0 的 4 种工作状态,翻译成甲,乙车道 上 6 个信号灯的工作状态.控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 2-3 所示 译码是编码的逆过程,它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别,并转换成 控制信号,具有译码功能的逻辑电路称为译码器.译码器可分为两种类型,一种是将一 系列代码转换成与之一一对应的有效信号.这种译码器可称为唯一地址译码器,它常用 于计算机中对存储器单元地址的译码,即将每一个地址代码转换成一个有效信号,从而 选中对应的单元.另一种是将一种代码转换成另一种代码,所以也称为代码变换器,以 下先介绍二进制唯一地址译码器.

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第二章 各单元电路及其功能

图 2-3 二进制译码器的一般原理图

从 2-3 图中可见,它具有N个输入端,2n 个输出端和一个使能输入端.在使能输入 端为有效电平时,对应每一组输入代码,只有其中一个输出端为有效电平,其余输出端 则为非有效电平. 下面首先分析由门电路组成的译码电路,以便熟悉译码器的工作原理和电路结构. 2输入变量的二进制译码器逻辑图如图所示.

图 2-4 二进制译码器逻辑图

由于2输入变量A,B共有4种不同状态组合,因而可译出4个输出信号 Y0~Y3, 故上图为2线输入,2线输出译码器,简称2线-4线译码器.

由图可写出各输出端的逻辑表达式: 根据这些逻辑表达式可列出功能表如下:
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第二章 各单元电路及其功能

表 2-3 译码器逻辑表达式功能表

由表可知,对于正逻辑,当 EI 为1时,无论A,B为何种状态,输出全为1,译 码器处于非工作状态.而当 EI 为0时,对应于A,B的某种状态组合,其中只有一个 输出量为0,其余各输出量均为1.比如,AB=00 时,输出 Y0 为0,Y1~Y3 均为1.由 此可见,译码器是通过输出端的逻辑电平以识别不同的代码 3-8 译码器的输入是 3 个脚,输出是 8 个脚. 用高低电平来表示输入和输出. 输入是 二进制.3 只脚也就是 3 位二进制数.输入可以 3 位二进制数.3 位二进制最大是 111 也就是 8.输出是 8 个脚,表示 10 进制.是根据输入的二进制数来输出.如果输入是 1 01 那么就是第 5 只脚高电平,表示二进制数是 5. 其实 3-8 译码器的功能就是把输入 的 3 位 2 进制数翻译成 10 进制的输出.数字电路基础教程从最基本的门电路讲起,直 到各类常见的触发器,编码器,译码器,存储器,时序电路等等的基本构成和工作原理. 教程耐心的阐述了各类数字逻辑电路的基础知识和分析方法,比如什么真值表,什么是 竞争冒险现象,各种进制中为什么计算机要采用 2 进制,为什么我们常用的是 16 进制 等等基础的知识,直到让我们可以海阔天空,看了这些之后我们就可以明白数字电路的 由来,发现它并不神秘,甚至要比模拟电路更简单!有了这些基础性的认识,我们就可 以自学和分析其他高深的复杂数字电路知识. 2.2.4 倒计时计数电路 倒计时计数电路主要由计数器构成,它在整个系统设计中的作用是实现计时计数, 在此我们选用减法计数器,因为本设计说明计时时间可预设,所以需要可预置数的计数 器,结合以上要求,本系统采用 4516. 当交通灯控制系统开始工作时,该部分电路将实现各种状态的转换功能,即东西南 北方向绿灯,黄灯 4 种工作状态的转换,首先数码管显示东西方向绿灯的预值,当其减 到零时, 计数器产生借位, 状态由之前的"00"转为"01", 此时东西方向绿灯灭, 计数器重新置数,即东西方向黄灯预置值,当其减到零时,计数器又产生借位,状态由 之前的"01"转为"10",此时东西方向黄灯灭,计数器又重新置数,即南北方向绿灯

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第二章 各单元电路及其功能

预置 2.2.5 画出交通灯控制器的 ASM(Algorithmic State Machine,算法状态机) (1)图甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮.表示甲车道上的车辆允许通行,乙车道 禁止通行.绿灯亮足规定的时间隔 TL 时,控制器发出状态信号 ST,转到下一工作 状态. (2)甲车道黄灯亮,乙车道红灯亮.表示甲车道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,乙车道禁止通行.黄灯亮足规定时间间隔 TY 时,控 制器发出状态转换信号 ST,转到下一工作状态. (3)甲车道红灯亮,乙车道黄灯亮.表示甲车道禁止通行,乙车道上的车辆允 许通行绿灯亮足规定的时间间隔 TL 时,控制器发出状态转换信号 ST,转到下一工 作状态. (4)甲车道红灯亮,乙车道黄灯亮.表示甲车道禁止通行,乙车道上位过县停 车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行. 黄灯亮足规定的时间间隔 TY 时, 控制器发出状态转换信号 ST, 系统又转换到第 (1) 种工作状态. 交通灯以上 4 种工作状态的转换是由控制器器进行控制的.设控制器的四种 状态编码为 00,01,11,10,并分别用 S0,S1,S3,S2 表示,则控制器的工作状 态及功能如表 1 所示,控制器应送出甲,乙车道红,黄,绿灯的控制信号.为简 便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:

控制状 态

信号灯状 态

车道运行状态

S0 00) 甲绿,乙 ( 红 S1 01) 甲黄,乙 ( 红 S3 11) 甲红,乙 ( 绿 S2 10) 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,甲车道通 行 甲车道禁止通行,甲车道缓 行

表 2-4 控制器工作状态及功能表

AG=1:甲车道绿灯亮;

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第二章 各单元电路及其功能

BG=1:乙车道绿灯亮; AY=1:甲车道黄灯亮; BY=1:乙车道黄灯亮; AR=1:甲车道红灯亮; BY=1:乙车道红灯亮; 由此得到交通灯的 ASM 图.设控制器的初始状态为 S0(用状态框表示 S0) , 当 S0 的持续时间小于 25 秒时,TL=0(用判断框表示 TL) ,控制器保持 S0 不变. 只有当 S0 的持续时间等于 25 秒时,TL=1,控制器发出状态转换信号 ST(用条件 输出框表示 ST) ,并转换到下一个工作状态.依此类推可以弄懂 ASM 图所表达的 2.2.6 555 电路的结构组成和工作原理 (1)电路组成及其引脚 (2)555 的工作原理 它含有两个电压比较器,一个基本 RS 触发器,一个放电开关 T,比较器的参考电压 由三只 5KΩ 的电阻器构成分压, 它们分别使高电平比较器 C1 同相比较端和低电较器 C2

1 C1 的反相输入端的参考电平为 2 Vcc 和 Vcc . 和 C2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电 3 3
2 触发器复位, 的输出端 3 脚输出低电平, 555 开关状态. 当输入信号输入并超过 Vcc 时, 3

1 同时放电,开关管导通;当输入信号自 2 脚输入并低于 Vcc 时,触发器置位,555 的 3 3
脚输出高电平,同时放电,开关管截止.

R D 是复位端,当其为 0 时,555 输出低电平.平时该端开路或接 Vcc .
Vco 是控制电压端(5 脚) ,平时输出 Vcc作为比较器 A1 的参考电平,当 5 脚外接一个 输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电 压时,通常接一个 0.01 F 的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参 考电平的稳定. T 为放电管,当 T 导通时,将给接于脚 7 的电容器提供低阻放电电路. (3)555 电路的引脚功能

2 3

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第二章 各单元电路及其功能

—— TR 触发
1 > Vcc 3

TH 阈值
2 > Vcc 3

— R 复位

DIS 放电端

OUT 输出

H

导通

L

1 > Vcc 3 1 < Vcc 3

2 < Vcc 3

H

原状态

H ×

截止

H

L × ×

导通

L

表 2-5 555 电路的引脚功能表

(4) ,555 电路的应用 1)用 555 电路构成施密特触发器 施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成 为数字电路所需要的矩形脉冲. 施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳 定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此 它的触发方式是电平触发.
1 施密特触发器电路图和波形图如图 13-2-1 所示,其回差电压为 Vcc .若在电压控 3 制端⑤外接可调电压 Vco(1.5~5V) ,可以改变回差电压 VT ,施密特触发器可方便的地

把三角波转换成方波,工作波形如图所示.

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第二章 各单元电路图及功能

uo

o UT- UT+ ui

(c)

图 2-5 三角波转换成方波图

(3)用 555 电路构成多谐振荡器 ① 电路组成: ② 工作原理:

T = t1 + t 2 = 0.7(R1 + R2 )C + 0.7 R2 C = 0.7( R1 + 2 R2 )C
+VDD

R1 7 R2

8 4

2 3

uc V DD
0

6 7555

3

uo

uo
t1 t2 T

t

uc
C

2 1 5 0.01F 0

t

(a)

(b)

图 2-6 用 CC7555 构成的多谐振荡器及工作波形

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第二章 各单元电路图及功能

③主要参数计算: 改变 R1 ,R2 和 C 的值, 就可以改变振荡器的频率. 如果利用外接电路改变 C O 端(5 号端) 的电位,则可以改变多谐振荡器高触发端的电平,从而改变振荡周期 T. 在实际应用中,常常需要调节 t1 和 t 2 .在此,引进占空比的概念.输出脉冲的占空比为:

q=

t1 R + R2 = 1 t1 + t 2 R1 + 2R2

比如: 图 2-6 所示为由 555 定时器构成的多谐振荡器. 设参数 Vcc=10v, C=0.1 F , R1=15 K , R 2 = 24 K .多谐振荡器的振荡频率为:
f = 1 1 = T t w1 + t w 2

t w1 = 0.7( R1 + R2 )C

= 0.7(15 + 24) × 10 3 × 0.1 × 10 6 s =2.73m
t w 2 = 0 .7 R 2 C
= 0.7 × 24 × 10 3 × 0.1 × 10 6 s

=1.68ms
f =
1 1 = Hz T (2.73 + 1.68) × 10 3
226.75HZ

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第三章 总结

第三章 总结
本设计在总结交通警察经验的基础上,通过传感器对车流信息的检测,并对检测信 息模糊化,模糊推理再清晰化后来控制十字路口红绿灯的信号配时.实现了对十字路口 的模糊控制,从而达到了实时控制交通路口的目的. 本设计采用模糊控制方法来设计交通灯实时控制系统.以单片机为处理核心,采用 热释电红外传感器进行车辆计数, 8279 接口芯片等外围电路, 用软件编程的方法实现对 车辆信息的模糊处理控制.本设计配置了键盘来对应急情况进行处理,实现了人及对话 功能.实践表明,采用这种方法设计的控制系统可进一步提高路网的通行能力,减少路 口延误时间和停车次数,对高度非线性的,随机的十字路口车流量的控制更加精确,并 取得了更高的经济效益.模糊控制交通器以其独具的优点在十字交通路口控制领域得到 了很好的应用. 本设计的模糊控制交通器虽然具有很大的优点,但也存在着不足:本设计的控制器 只针对城市单交叉路口的控制,而在城市十字路口相对集中的路段,模糊控制交通器只 能各司其职, 不能协调控制城市交通. 完善的方向: 以本设计的模糊控制交通器为基础, 用上位机来指挥各路口的控制器,使整个城市交通构成一个网络系统. 本设计的模糊控制交通器的模糊子集隶属度函数是预先根据交通警察的经验确定, 其控制效果很理想,相对于目前我国大多数交通路口所使用的定时控制具有相当大的优 势.本设计还可以进一步扩展,使其作为下位机,通过软件编程实现与上位机的通信, 使上位机能够综合附近的十字路口信息,以实现对整个交通系统的优化控制,达到"和 谐"交通.在未来的交通系统中,模糊控制交通器将占主导地位. LED 交通灯的市场展望 "现在做 LED 的企业真多,足有 2000 余家,这个数字太可怕了."某公司副总经 理刘珍在接受《中国产经新闻》记者采访时如此感叹. 据刘珍介绍,恒之源是国内最早进军铁路照明的 LED 生产企业,那时候做 LED 的企业还 很少,大家都在观望.而近两年,由于利好政策的推动了 LED 产业来了一个大爆发.深 圳市 LED 相关企业数量就由 2007 年的 700 余家,迅速发展到了如今的 2000 多家. LED 的这次爆发, 在很大程度上受益于 2008 年 12 月科技部提出的开展"十城万盏"LED 应用试点示范城市的思路.今年 3 月 16 日,科技部高新司把原来的 10 座城市改为 21 座.这些城市未来将获得中央补助,在公共空间如道路,隧道,停车场与加油站等地方, 安装 LED 照明灯具.

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第三章 总结

据记者了解,当时 LED 正在全世界范围内刮起了一阵照明改革风潮.在感受到 LED 的巨大诱惑后,当时的世界三大照明工业巨头——通用电气,飞利浦,奥斯拉姆集团纷 纷与半导体公司合作成立照明企业.美,日,欧盟皆由官方成立专案,编列预算与计划 推行白光发光二极管照明.国家科技部为了及时与世界同步,联合其他部委正式紧急启 动了"国家半导体照明工程". LED 的第二次发展来自 2005 年汽车用 LED 照明灯和室内 LED 装饰灯市场的快速增长 势头,相对上一年,两者分别增长了 53.1%和 133.3%.在这一年中,国内半导体照明用 LED 市场销量突破 10 亿个达到 11.7 亿个,比 2004 年增长了 49.0%. 在 2008 年金融危机爆发,国际需求大幅缩减时,LED 产业把目光投向了国内市场.利好 政策也随之而来,2008 年 12 月科技部提出了开展"十城万盏"工程.另外,LED 还凭 借其寿命长和节能优势,被定义为节能减排,拉动内需举措的重要抓手,频频出现于国 家各部委的政策文件和实施纲要中. 在各个产业都发生滑坡之时,LED 却上演了一出逆市上扬的好戏.根据赛迪顾问 [0.17 -0.59%]对中国 LED 市场的跟踪研究,2008 年中国 LED 市场总规模达到 185.4 亿 元,同比增长 8.3%. 在"国家半导体照明工程"的推动下,我国的 LED 产业已初步形成了包括 LED 外延片的 生产,LED 芯片的制备,LED 芯片的封装以及 LED 产品应用在内的较为完整的产业链. 深圳市,南京市等各大城市也纷纷响应号召,斥巨资组建 LED 产业园和产业基地,并颁 布相关 LED 产业发展规划.目前,我国的 LED 产业已经形成了 4 大片区,7 大基地的产 业格局. 在巨大内需的拉动下,LED 产业前景一片光明,根据台湾拓墣产业研究所预估,中 国内地在"十城万盏"等政策带动下,今年 LED 路灯市场将需求 140 万盏,明年预计还 将增长 79%,达 250 万盏,占全球 LED 路灯需求超过 5 成.另外,大规模 LED 照明与户 外广告牌应用也将以较快的速度增长.据《中国产经新闻》记者从中投顾问得来的一份 研究报告显示,2010 年中国整个 LED 产业的产值将超过 1500 亿元. 免责声明:本文仅代表作者个人观点,与天利网无关.其原创性以及文中陈述文字和内 容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容,文字的真实性,完整性,及时性 本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容.

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第四章 心得体会

第四章 心得体会
1,通过这次课程设计,加强了我们动手,思考和解决问题的能力.在整个设计过 程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和 PCB 连接图,和芯片上的选择.这 个方案总共使用了 74LS248,CD4510 各两个,74LS04,74LS08,74LS20,74LS74,NE555 定时器各一个. 2,在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想老着这样的接法可以 行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多. 3,我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多, 平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在 这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更 多的认识. 平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了.而且还 可以记住很多东西.比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过 动手实践让我们对各个元件映象深刻. 认识来源于实践, 实践是认识的动力和最终目的, 实践是检验真理的唯一标准.所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大 的. 4,在制作 PCB 时,发现细心耐心,恒心一定要有才能做好事情,首先是线的布局 上既要美观又要实用和走线简单,兼顾到方方面面去考虑是很需要的,否则只是一纸空 话. 5,在画好原理图后的做 PCB 版时,由于项目组成员对单面板的不熟悉,导致布线 后元件出现在另一边,增加了布线难度,也产生很多不曾注意的问题,今后要牢记这个 教训,使以后布线更加顺利. 6,经过两个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽.在此期间我们也失落过,也曾 一度热情高涨.从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回 味无长. 生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获.劳动是人类生存生活永恒不变的话 题.通过实习,我才真正领略到"艰苦奋斗"这一词的真正含义,我才意识到老一辈电 子设计为我们的社会付出.我想说,设计确实有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的 理论学习中, 很少有机会能有实践的机会, 但我们可以, 而且设计也是一个团队的任务, 一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮助,配合默契,多少人间欢乐在这里洒下,大 学里一年的相处还赶不上这十来天的合作,我感觉我和同学们之间的距离更加近了;我 想说,确实很累,但当我们看到自己所做的成果时,心中也不免产生兴奋; 正所谓"三
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第四章 心得体会

百六十行, 行行出状元". 我们同样可以为社会作出我们应该做的一切, 这有什么不好? 我们不断的反问自己. 也许有人不喜欢这类的工作, 也许有人认为设计的工作有些枯燥, 但我们认为无论干什么,只要人生活的有意义就可.社会需要我们,我们也可以为 社会而工作.既然如此,那还有什么必要失落呢?于是我们决定沿着自己的路,执着的 走下去. 同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必 须发扬团结协作的精神.某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败.实习中只有一 个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致 整个工作失败.团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证.而这次实习也正好锻 炼我们这一点,这也是非常宝贵的. 对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜.挫折是一份财富,经历 是一份拥有.这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆! 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够 的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服 务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力.在设计的过程中遇到问题,可以 说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过 程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固. 这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤 指导下,终于游逆而解.同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表 示感谢!同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢! 7,此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现 差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也 都能扛的起并高质量的完成项目. 8,在此,感谢老师的细心指导,也同样谢谢其他各组同学的无私帮助.

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参考文献

参考文献
[1]《protel 99se 典型实例》 王力 张伟编著 人民邮电出版社.

[2]《通用电子元器件的选用与检测》 王昊 李昕 郑凤翼 编著 电子工业出版社. [3]《电子设计》 蔡明生 主编 高等教育出版社. [4]《电子设计实战攻略》 刘征宇 福建科学技术出版社. [5]《CMOS 集成电路原理与应用》 杜怀昌 编著 国防工业出版社. [6]《电子爱好者进阶读本(第二版) 福建科学技术出版社. 》 [7]《元器件(修订版) 电子工业出版社. 》 [8]《常用电子元器件及典型芯片应用技术》 刘法治 等编著 机械工业出版社.

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致谢

致谢
感谢肖老师的耐心指导, 以及我们队的各位成员的帮助. 通过这次毕业设计的过程, 我深刻体会到了团队的精神和力量.此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比 如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后 的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目.这次毕业论文能够最终顺 利完成,归功于各位任课老师三年间的认真负责,使我能够很好的掌握专业知识,并在 毕业论文中得以体现.也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利 完成.最后,向湖南工业大学物理与电子工程系的全体老师们再次表示衷心感谢:谢谢 你们,谢谢你们三年的辛勤栽培!最后希望我们 07 应电班全体同学今后的工作能像完 成论文一样经过反复的磨炼达到事业的巅峰.

21

附录

附录

图 2-1 交通灯控制系统的原理框图

图 2-2 控制器逻辑图

22

附录

图 2-3 二进制译码器的一般原理图

图 2-4 二进制译码器逻辑图

uo

o UT- UT+ ui

(c)

图 2-5 三角波转换成方波图

23

附录

+VDD

R1 7 R2

8 4

2 3

uc V DD
0

6 7555

3

uo

uo
t1 t2 T

t

uc
C

2 1 5 0.01F 0

t

(a)

(b) 图 2-6 用 CC7555 构成的多谐振荡器及工作波形

图 2-7

ASM 图

24

附录

图 2-8 74LS163 的外引线排列图和时序波形图

图 2-9 定时器电路图

25

附录

图 2-10 控制器逻辑

图 2-11

555 定时器

26

附录

表 2-1 74LS163 功能

表 2-2 控制器状态转换表

表 2-3 译码器逻辑表达式功能表

27

附录

控制状 态

信号灯状 态

车道运行状态

S0 00) 甲绿,乙 ( 红 S1 01) 甲黄,乙 ( 红 S3 11) 甲红,乙 ( 绿 S2 10) 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,甲车道通行

甲车道禁止通行,甲车道缓行

表 2-4 控制器工作状态及功能

—— TR 触发
1 > Vcc 3

TH 阈值
2 > Vcc 3

— R 复位 H

DIS 放电端 导通

OUT 输出 L

1 > Vcc 3 1 < Vcc 3

2 < Vcc 3

H

原状态

×

H

截止

H

×

×

L

导通

L

表 2-5 555 电路的引脚功能表

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