毕业设计(论文)-基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

毕业设计(论文)-基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

毕业设计(论文)-基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计

摘要：本文针对城市交通信号灯控制系统的智能化和高效化需求，设计并实现了一种基于单片机的交通信号灯模拟控制系统。该系统采用单片机作为核心控制单元，结合传感器和执行器，实现对交通信号灯的实时监控和控制。通过仿真实验验证了该系统的可行性和有效性，为我国城市交通信号灯控制系统的智能化升级提供了技术支持。

随着城市化进程的加快，城市交通拥堵问题日益严重，交通信号灯控制系统作为城市交通管理的重要组成部分，其智能化和高效化已经成为当务之急。传统的交通信号灯控制系统大多采用人工控制，存在效率低、适应性差等问题。近年来，随着单片机技术和传感器技术的快速发展，基于单片机的交通信号灯控制系统逐渐成为研究热点。本文针对这一背景，设计并实现了一种基于单片机的交通信号灯模拟控制系统，旨在提高交通信号灯的智能化水平，缓解城市交通拥堵问题。

一、1.系统总体设计

1.1系统架构

1.系统架构设计是确保交通信号灯模拟控制系统稳定运行和功能实现的关键环节。本系统采用分层分布式架构，主要由数据采集层、数据处理层和控制执行层组成。数据采集层负责收集交通流量、车辆速度等实时数据，通过传感器和通信模块实现信息的实时传输。数据处理层负责对采集到的数据进行处理和分析，以实现对交通状况的实时监控。控制执行层则根据数据处理层提供的信息，通过单片机控制信号灯的亮灭，确保交通流畅和安全。

2.在数据采集层，系统采用了多种传感器，包括红外传感器、摄像头和超声波传感器等，以实现对交通流量的全面监测。红外传感器用于检测车辆通过信号灯的位置，摄像头用于实时监控交通状况，而超声波传感器则用于测量车辆速度。这些传感器将采集到的数据传输至单片机，为后续的数据处理提供基础。同时，系统还设计了数据通信模块，确保传感器与单片机之间的数据传输稳定可靠。

3.数据处理层是系统的核心部分，主要负责对采集到的交通数据进行实时处理和分析。系统采用模糊控制算法，结合交通流量、车辆速度等参数，实现对信号灯的智能控制。在数据处理过程中，系统会根据预设的规则对数据进行滤波和去噪，提高数据的准确性和可靠性。此外，系统还具备自适应调节功能，能够根据实时交通状况动态调整信号灯的配时方案，从而提高交通效率，减少拥堵现象。

1.2硬件设计

1.在硬件设计方面，本系统选用STC89C52单片机作为核心控制器，该单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足系统对数据处理和控制执行的要求。单片机通过串口通信模块与传感器进行数据交换，实现信息的实时采集。例如，在检测车流量时，红外传感器每秒可检测100辆车，确保数据的准确性和实时性。

2.系统中，红外传感器和摄像头作为数据采集的关键设备，分别安装在信号灯的两侧。红外传感器采用HC-SR501模块，具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点。在实际应用中，该传感器可准确检测到距离其5米内的车辆，并在车辆通过时产生高电平信号，单片机根据该信号判断车流量。摄像头选用USB高清摄像头，分辨率为1920*1080，可实时传输高清图像，便于交通监控和管理。

3.执行器部分采用继电器模块，用于控制信号灯的亮灭。系统采用4个继电器，分别控制红、黄、绿三个灯的颜色。继电器选用KSD-05型，额定电流为5A，能够在短时间内完成信号灯的切换。在实际测试中，继电器在0.1秒内即可完成信号灯状态的改变，满足交通信号灯的快速响应需求。此外，系统还配备了电源模块，采用12V直流电源供电，确保整个系统稳定运行。

1.3软件设计

1.软件设计是本交通信号灯模拟控制系统的核心，其设计目标是实现高效、稳定和智能化的交通信号控制。系统软件主要由主控程序、数据处理模块、控制策略模块和用户界面模块组成。主控程序负责协调各个模块的运行，确保系统整体功能的实现。在数据处理模块中，系统对传感器采集到的数据进行滤波、去噪和转换，为后续的控制策略提供准确的数据支持。

例如，在车流量检测中，系统通过计算单位时间内通过的红外传感器信号数量，得出车流量数据。以实际测试为例，当车流量达到每秒20辆时，系统能够准确计算出车流量，并实时调整信号灯配时。在控制策略模块，系统采用模糊控制算法，根据实时车流量和车速等参数，自动调整信号灯的配时方案。

2.控制策略模块是软件设计的重点，它根据模糊控制算法，对信号灯的配时进行动态调整。该算法通过对车流量、车速和绿灯时间等因素的模糊推理，实现对信号灯的智能控制。在绿灯时间分配上，系统根据实时车流量动态调整绿灯时间，确保绿