基于单片机的信号灯控制系统的设计

第一章 绪论

交通信号灯是维持路口秩序的核心设施，传统信号灯多采用固定时序电路，存在适应性差的问题——无法根据车流量动态调整通行时间，易导致高峰时段拥堵或平峰时段资源浪费。此外，部分老旧系统缺乏故障自检功能，故障后需人工排查，影响通行效率。

单片机技术的发展为信号灯控制提供了新方案。以51系列单片机为核心的控制系统，凭借编程灵活、成本低廉、接口丰富的优势，可实现时序自定义、行人请求响应、故障报警等扩展功能，适配中小型路口的智能化需求。本设计以STC89C52单片机为核心，构建集自动时序控制、行人请求处理、状态监测于一体的信号灯系统，旨在提升路口通行效率，降低维护成本，为基层交通管理提供实用解决方案。

第二章 系统总体设计

本系统核心目标为：实现路口红、黄、绿三色信号灯的自动切换，主灯时序（红灯30-60秒、绿灯20-40秒、黄灯3秒）可通过按键调节，调节步长5秒；支持行人请求功能（按下按钮后，下一个周期延长绿灯10秒）；具备灯组故障检测（断路时触发蜂鸣器报警）；工作电压DC5V，待机功耗≤0.3W，适应户外配电箱安装环境，LED信号灯亮度≥5000cd/m²。

系统采用模块化架构：感知层由行人请求按钮与故障检测电路组成，采集外部指令与设备状态；控制层以STC89C52单片机为核心，处理信号并生成灯组控制指令；执行层包括LED信号灯与驱动电路，执行亮灭动作；交互层由4×4矩阵按键（时序设置）与LCD1602显示屏（显示当前时序与状态）组成，实现参数配置。电源模块将AC220V转为DC5V，为各部件供电。

核心部件选型注重可靠性：STC89C52单片机性价比高，满足时序控制需求；LED信号灯选用超高亮芯片，确保强光下可见；按钮采用防水型轻触开关，适应户外环境；故障检测依赖电流传感器，监测灯组回路电流判断状态。

第三章 系统硬件与软件设计概述

硬件设计围绕单片机搭建核心电路，注重抗干扰与稳定性。信号灯驱动电路中，单片机I/O口通过三极管放大电路连接红、黄、绿LED灯组，每组灯并联续流二极管抑制反向电压；行人请求按钮经防抖电路（RC滤波+下拉电阻）接入单片机外部中断口，触发时中断主程序；故障检测电路串联电流传感器于灯组回路，输出信号经ADC转换后接入单片机，判断灯组是否断路；交互电路中，矩阵按键连接单片机P3口，LCD1602数据端与控制端分别连接P0、P2口，实时显示时序参数。电源电路增设浪涌保护器与滤波电容，抵御电网波动。

软件基于Keil C51开发，采用C语言编程，核心包括时序控制、行人请求处理、故障检测与交互模块。时序控制模块通过定时器中断（1秒间隔）实现灯组切换，依据存储的时序参数自动循环；行人请求模块响应外部中断，标记请求状态，下一个绿灯周期延长10秒；故障检测模块定时采集电流数据，连续3次检测不到电流则判定为故障，启动蜂鸣器报警；交互模块支持按键修改红、绿灯时长，LCD同步显示更新后参数，参数存储于EEPROM，断电不丢失。

第四章 系统测试与总结

测试环境模拟十字交叉路口，设置不同车流量场景（高峰/平峰）与行人请求情况。结果显示：信号灯时序切换准确，误差≤0.5秒；行人请求响应及时，绿灯延长功能正常；模拟灯组断路时，报警响应时间≤1秒，无漏报；时序调节功能稳定，参数修改后立即生效，断电重启数据完整。连续运行72小时，经历200次时序循环与50次行人请求，系统无死机或错乱，适应-10℃~40℃温度范围，满足设计指标。

本设计基于51单片机实现了信号灯智能控制，具备成本低、时序灵活、易维护的优势，适配中小型路口需求。但系统存在局限性：无车流量检测功能，时序调整依赖人工。未来可增加红外车流量传感器，实现根据车流量自动调节时序；集成无线模块，对接交通管理平台实现远程监控，进一步提升智能化水平。





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