基于STM32实现智能交通灯控制系统

本教程将详细介绍如何在STM32嵌入式系统中使用C语言实现智能交通灯控制系统，包括如何通过STM32控制交通灯、使用定时器、检测车辆以及实现用户输入和设置。本文包括环境准备、基础知识、代码示例、应用场景及问题解决方案和优化方法。

2. 环境准备

硬件准备

开发板：STM32F103C8T6或STM32F407 Discovery Kit
调试器：ST-LINK V2或板载调试器
LED灯：用于模拟交通灯（红、黄、绿）
红外传感器：用于检测车辆
显示屏：如1602 LCD或OLED显示屏
按键或旋钮：用于用户输入和设置
电源：5V电源适配器

软件准备

集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
库和中间件：STM32 HAL库

安装步骤

下载并安装 STM32CubeMX
下载并安装 STM32CubeIDE
配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
安装必要的库和驱动程序

3. 智能交通灯控制系统基础

控制系统架构

智能交通灯控制系统由以下部分组成：

交通灯控制系统：通过GPIO控制LED灯
定时器系统：用于控制交通灯的切换时间
传感器系统：通过红外传感器检测车辆
显示系统：显示当前交通灯状态和系统信息
用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

功能描述

智能交通灯控制系统通过定时器控制交通灯的红、黄、绿灯自动切换。通过红外传感器检测车辆，当检测到车辆时，可以根据设定的优先级调整交通灯切换时间。用户可以通过按键或旋钮进行设置，并通过显示屏查看当前状态。

4. 代码示例：实现智能交通灯控制系统

4.1 GPIO控制交通灯

配置GPIO控制LED

使用STM32CubeMX配置GPIO：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输出模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define RED_LED_PIN GPIO_PIN_0
#define YELLOW_LED_PIN GPIO_PIN_1
#define GREEN_LED_PIN GPIO_PIN_2
#define GPIO_PORT GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = RED_LED_PIN | YELLOW_LED_PIN | GREEN_LED_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void Set_Traffic_Light(uint8_t red, uint8_t yellow, uint8_t green) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RED_LED_PIN, red ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, YELLOW_LED_PIN, yellow ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GREEN_LED_PIN, green ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();

    while (1) {
        Set_Traffic_Light(1, 0, 0);  // 红灯亮
        HAL_Delay(5000);
        Set_Traffic_Light(0, 1, 0);  // 黄灯亮
        HAL_Delay(2000);
        Set_Traffic_Light(0, 0, 1);  // 绿灯亮
        HAL_Delay(5000);
    }
}

4.2 定时器配置与使用

配置定时器

使用STM32CubeMX配置定时器：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的定时器，设置为定时模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

void TIM3_Init(void) {
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1000 - 1;
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM3) {
        // 定时器中断处理函数
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();
    TIM3_Init();

    while (1) {
        Set_Traffic_Light(1, 0, 0);  // 红灯亮
        HAL_Delay(5000);
        Set_Traffic_Light(0, 1, 0);  // 黄灯亮
        HAL_Delay(2000);
        Set_Traffic_Light(0, 0, 1);  // 绿灯亮
        HAL_Delay(5000);
    }
}

4.3 红外传感器检测车辆

配置GPIO读取红外传感器

使用STM32CubeMX配置GPIO：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输入模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define IR_SENSOR_PIN GPIO_PIN_3
#define GPIO_PORT GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = IR_SENSOR_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

uint8_t Is_Vehicle_Detected(void) {
    return HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, IR_SENSOR_PIN) == GPIO_PIN_SET;
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();
    TIM3_Init();

    while (1) {
        if (Is_Vehicle_Detected()) {
            // 如果检测到车辆，根据需要调整交通灯逻辑
        }

        Set_Traffic_Light(1, 0, 0);  // 红灯亮
        HAL_Delay(5000);
        Set_Traffic_Light(0, 1, 0);  // 黄灯亮
        HAL_Delay(2000);
        Set_Traffic_Light(0, 0, 1);  // 绿灯亮
        HAL_Delay(5000);
    }
}

4.4 用户界面与显示

配置I2C显示屏

使用STM32CubeMX配置I2C：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C通信模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "lcd1602_i2c.h"

void Display_Init(void) {
    LCD1602_Begin(0x27, 16, 2);  // 初始化LCD1602
}

void Display_Traffic_Light_Status(const char* status) {
    LCD1602_SetCursor(0, 0);
    LCD1602_Print(status);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();
    TIM3_Init();
    Display_Init();

    while (1) {
        Set_Traffic_Light(1, 0, 0);  // 红灯亮
        Display_Traffic_Light_Status("RED");
        HAL_Delay(5000);
        Set_Traffic_Light(0, 1, 0);  // 黄灯亮
        Display_Traffic_Light_Status("YELLOW");
        HAL_Delay(2000);
        Set_Traffic_Light(0, 0, 1);  // 绿灯亮
        Display_Traffic_Light_Status("GREEN");
        HAL_Delay(5000);
    }
}