1 系统功能介绍

本设计题目为 基于51单片机智能化交通红绿灯堵车流量红外设计，主要用于十字路口交通信号智能控制，通过红外避障检测车流量，自动调节红绿灯时间，缓解拥堵。该系统由单片机、LED灯、红外避障传感器、LCD1602液晶显示、电源等模块组成，实现智能化、实时化的交通管理功能。

系统的主要功能如下：

1. 十字路口红绿灯控制

   • 道路方向为东西南北，每条道路配备 2 套红绿灯（红、黄、绿）；
   • 系统在正常模式下依次控制红灯亮 10 秒、黄灯亮 3 秒、绿灯亮 10 秒，循环运行；
   • 每套红绿灯同时只有一个灯亮，保证交通安全。

2. 红外避障检测与绿灯延时

   • 在南北方向设置红外传感器，检测车辆数量；
   • 当南北绿灯情况下检测到车辆超过 5 辆，绿灯延长 10 秒，同时东西方向红灯延长 10 秒；
   • 在东西方向同样设置红外传感器，达到车流量阈值时，东西绿灯延长 10 秒，南北红灯延长 10 秒；
   • 每次绿灯延时只允许一次，避免影响另一方向车道运行。

3. LCD1602显示功能

   • 实时显示东西南北方向红绿灯状态；
   • 显示南北、东西方向的车流量信息。

4. 智能化调节逻辑

   • 根据红外传感器采集的车流量，自动调整绿灯时间，保证高峰期通车效率；
   • 系统具备循环运行能力，实现全天候智能化控制。

通过以上功能，系统不仅完成基本的红绿灯控制，还具备智能交通管理能力，对缓解交通拥堵具有重要意义。

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2 系统电路设计

本系统硬件电路由 STC89C52 单片机核心电路、LED灯指示电路、红外避障传感器电路、LCD1602 液晶显示电路、电源电路 等组成。下面详细介绍每个模块。

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2.1 单片机核心电路

系统采用 STC89C52 单片机作为主控芯片，特点如下：

• 内置 8KB Flash 和 256B RAM，满足红绿灯控制及车流量处理需求；
• 多路 I/O 端口，可同时控制 LED 灯、红外传感器及 LCD 显示；
• 支持定时器和中断，便于实现循环定时与车流量检测逻辑；
• 工作电压 +5V，兼容低功耗设计。

单片机在系统中主要负责：

• 红绿灯的定时切换与控制；
• 采集红外传感器数据，实现车流量检测；
• 控制 LCD1602 显示灯状态及车流量参数；
• 判断是否需要绿灯延时，并处理延时逻辑。

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2.2 LED灯指示电路

每条道路配备 2 套 LED 红绿灯，每套包含红、黄、绿三个 LED，单片机通过 I/O 端口控制其亮灭：

• 红灯亮时，禁止车辆通行；
• 绿灯亮时，允许车辆通行；
• 黄灯作为过渡灯，提示车辆准备停止。

LED 电路通过限流电阻连接单片机 I/O 口，保证 LED 发光稳定，并防止 I/O 口损坏。

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2.3 红外避障传感器电路

为了实现智能化绿灯延时，系统在南北和东西方向分别设置红外避障传感器：

• 红外传感器通过检测车辆红外反射信号判断车辆数量；
• 当绿灯状态下车流量达到设定阈值（5 辆），单片机接收传感器信号后延长绿灯时间；
• 红外传感器输出信号为高低电平，单片机通过 I/O 口采集并计数。

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2.4 LCD1602 液晶显示电路

LCD1602 用于实时显示交通状态和车流量信息：

• 显示东西南北灯的当前状态（红、黄、绿）；
• 显示南北、东西方向当前车流量；
• 通过 4 位数据接口与单片机通信，节省 I/O 资源；
• 提供清晰、直观的显示界面，便于管理人员观察路口状态。

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2.5 电源电路

系统采用 +5V 稳压电源供电，电源部分设计包括：

• 稳压芯片（如 7805）提供稳定 5V 电源；
• 电容滤波器保证电压平稳，避免干扰单片机运行；
• 红外传感器与 LED 灯电源分开，保证信号采集和显示稳定性。

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3 程序设计

程序设计基于 C 语言，在 Keil 开发环境下完成，通过 STC-ISP 下载到单片机。程序主要包括：

1. 主程序：初始化硬件、循环执行红绿灯控制及车流量检测；
2. 红绿灯控制程序：实现红黄绿灯的定时切换及延时逻辑；
3. 红外传感器采集程序：计数车流量，判断是否需要延时绿灯；
4. LCD显示程序：实时显示红绿灯状态与车流量参数；
5. 延时控制程序：实现绿灯延时一次的逻辑。

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3.1 主程序框架

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "delay.h"sbit Red_NS = P1^0;
sbit Yellow_NS = P1^1;
sbit Green_NS = P1^2;sbit Red_EW = P1^3;
sbit Yellow_EW = P1^4;
sbit Green_EW = P1^5;sbit Infra_NS = P3^0;
sbit Infra_EW = P3^1;unsigned char count_NS = 0;
unsigned char count_EW = 0;
bit NS_delay_flag = 0;
bit EW_delay_flag = 0;void main()
{LCD_Init();while(1){Traffic_Control_NS();Traffic_Control_EW();LCD_Update();}
}

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3.2 南北方向红绿灯控制

void Traffic_Control_NS(void)
{Red_NS = 1; Yellow_NS = 1; Green_NS = 0; // 绿灯亮count_NS = 0; NS_delay_flag = 0;for(int i=0;i<20;i++) // 每次循环约0.5s，总计10s{if(Infra_NS == 1) count_NS++;Delay_ms(500);}if(count_NS >= 5 && NS_delay_flag == 0) // 达到阈值延时一次{for(int j=0;j<20;j++) Delay_ms(500); // 延长10sNS_delay_flag = 1;}Green_NS = 1; Yellow_NS = 0; Red_NS = 1; // 黄灯亮3秒Delay_ms(3000);Red_NS = 0; Yellow_NS = 0; Green_NS = 1; // 红灯亮10秒Delay_ms(10000);
}

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3.3 东西方向红绿灯控制

void Traffic_Control_EW(void)
{Red_EW = 0; Yellow_EW = 0; Green_EW = 1; // 红灯亮count_EW = 0; EW_delay_flag = 0;for(int i=0;i<20;i++){if(Infra_EW == 1) count_EW++;Delay_ms(500);}if(count_EW >= 5 && EW_delay_flag == 0){for(int j=0;j<20;j++) Delay_ms(500); // 延长10sEW_delay_flag = 1;}Green_EW = 0; Yellow_EW = 1; Red_EW = 1; // 黄灯亮3秒Delay_ms(3000);Red_EW = 1; Yellow_EW = 0; Green_EW = 0; // 绿灯亮10秒Delay_ms(10000);
}

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3.4 LCD1602显示程序

void LCD_Update(void)
{LCD_Clear();LCD_SetCursor(0,0);LCD_PrintString("NS:");LCD_PrintChar(Green_NS?'G':(Yellow_NS?'Y':'R'));LCD_PrintString(" EW:");LCD_PrintChar(Green_EW?'G':(Yellow_EW?'Y':'R'));LCD_SetCursor(1,0);LCD_PrintString("Count NS:");LCD_PrintNumber(count_NS);LCD_PrintString(" EW:");LCD_PrintNumber(count_EW);
}

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4 总结

本设计通过 STC89C52 单片机控制十字路口红绿灯，实现基本的红绿灯循环切换，并通过红外避障传感器实时检测车流量，实现绿灯延时逻辑。LCD1602 显示当前灯状态及车流量，便于管理人员监控路口状况。

系统特点包括：

1. 智能交通控制：根据车流量动态调整绿灯时间，缓解拥堵；
2. 多方向红绿灯管理：东西南北四个方向同时控制，保证路口通行效率；
3. LCD显示直观：显示灯状态和车流量，管理人员可直观了解路口情况；
4. 延时逻辑合理：每次绿灯延时仅允许一次，避免对另一方向造成影响；
5. 可扩展性强：可增加无线通信模块，实现远程监控和数据记录。

本设计不仅适用于十字路口红绿灯控制，也可拓展到城市智能交通系统、停车场出口管理、工业园区道路管理等场景，具有较高的实用性和推广价值。