目录

1. 引言
2. 环境准备
3. 智能交通灯控制系统基础
4. 代码示例：实现智能交通灯控制系统
   1. GPIO控制交通灯
   2. 定时器配置与使用
   3. 红外传感器检测车辆
   4. 用户界面与显示
5. 应用场景：城市交通管理与自动化控制
6. 问题解决方案与优化
7. 收尾与总结

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1. 引言

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。

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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

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

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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。

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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：

1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
2. 在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输出模式。
3. 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：

1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
2. 在图形化界面中，找到需要配置的定时器，设置为定时模式。
3. 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：

1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
2. 在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输入模式。
3. 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：

1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
2. 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。
3. 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);
    }
}

 

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5. 应用场景：城市交通管理与自动化控制

城市交通管理

智能交通灯控制系统可以用于城市交通管理，通过自动检测车辆和控制交通灯，提高交通流量的效率，减少交通拥堵。

工业园区与停车场

在工业园区和停车场中，该系统可以用于管理车辆出入，确保交通秩序和安全。

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6. 问题解决方案与优化

常见问题及解决方案

1. GPIO控制不稳定：确保GPIO配置正确，电气连接可靠。
2. 定时器中断不触发：检查定时器配置和中断优先级设置，确保中断正常工作。
3. 传感器检测不准确：检查传感器安装位置和连接，确保数据读取正确。

优化建议

1. 引入RTOS：通过引入实时操作系统（如FreeRTOS）来管理任务，提高系统的实时性和响应速度。
2. 增加更多传感器：添加更多类型的传感器，如超声波传感器，提升系统的检测精度和可靠性。
3. 优化算法：根据实际需求优化控制算法，提高系统的智能化水平和响应速度。

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7. 收尾与总结

本教程详细介绍了如何在STM32嵌入式系统中实现智能交通灯控制系统，包括GPIO控制交通灯、定时器配置与使用、传感器数据读取、用户界面与显示、用户输入和设置等内容。