基于STM32开发的智能交通灯控制系统

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引言
环境准备工作
- 硬件准备
- 软件安装与配置
系统设计
- 系统架构
- 硬件连接
代码实现
- 系统初始化
- 红绿灯控制逻辑
- 车辆与行人检测
- 信号灯控制与调度
- OLED显示与状态提示
- Wi-Fi通信与远程监控
应用场景
- 城市交通管理
- 智能交通系统的研发与测试
常见问题及解决方案
- 常见问题
- 解决方案
结论

1. 引言

随着城市化进程的加快，成为一个亟需解决的重大挑战的城市化进程中出现了许多亟待应对的问题之一是复杂的交通管理问题。智能交通管理系统通过实时监测车流密度并自动调节红绿灯周期以达到优化通行效能的目的是一种有效的解决方案。本文旨在介绍一种基于STM32微控制器的智能交通信号控制系统的设计与实现方案该系统能够实时采集并分析车辆及行人流量数据并通过闭环控制算法动态优化信号灯切换周期以最大限度地减少路段延误同时还能配备OLED显示屏和Wi-Fi通信模块从而实现了系统的远程监控、实时数据分析以及决策支持功能

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板 （例如STM32F407VGT6）：构成系统的核心控制单元。
红绿灯模块 ：模拟红绿灯信号（包含红灯、绿灯和黄灯）。
红外传感器模块 ：监测车辆通行状态。
超声波传感器模块 ：检测行人过斑马线行为。
继电器模块 ：控制交通信号灯的通断。
OLED显示屏 ：显示系统运行状态及交通信息。
Wi-Fi模块 （例如ESP8266）：实现数据远程传输至云端平台。
面包板和连接线 ：连接各功能模块及传感器电路。
USB下载线 ：将程序下载至STM32开发板完成配置。

软件安装与配置

Keil uVision 主要被用来编写/编辑STM32相关代码，并支持调试功能。
- STM32CubeMX 被设计为配置STM32微控制器的引脚及附加设备，并自动生成初始化编码。
- ST-Link Utility 通过使用该工具，开发者可以直接将已编译完成的程序下载至 STM32 开发板。

步骤：

安装并配置Keil uVision软件包。
为STM32CubeMX设置环境变量。
为ST-LINK工具包提供配置参数。
在STM32CubeMX环境中设置GPIO、UART以及I2C外围电路，并输出初始代码段。
通过Keil uVision编写主程序流程并将代码导入调试环境。

3. 系统设计

系统架构

智能交通灯系统的主控部分采用STM32单片机。该系统依据传感器实时监测并分析车流与人流的数据信息，并通过OLED显示屏实时显示当前的交通状况。系统还配备Wi-Fi模块以便将采集到的数据传输到云端服务器进行处理，并持续监测与远方操控 traffic flow 的情况以实现高效管理

硬件连接

红绿灯模块连接 ：

实现红绿灯控制模块的各色指示灯（红灯、绿灯、黄灯）分别连接至STM32的GPIO引脚（如PA0、PA1、PA2），用于实现指示灯的闪烁与常开状态。

红外传感器模块连接 ：

通过配置红外传感器模块的信号端子连接至STM32的GPIO端子（如PB0），以判断车辆经过状态。

超声波传感器模块连接 ：

配置超声波传感器的Trig端口与STM32的GPIO端口进行连接（如选中PB1），同时将相应的Echo端口也被设置为连接至STM32指定的其他GPIO端口（如选中PB2），以检测行人是否正在通过人行横道线。

继电器模块连接 ：

为了实现对红绿灯装置的自动操作功能，在STM32开发板上设置了继电器模块与GPIO端子之间的连接关系（例如配置为PA3引脚）。这种配置能够有效实现对红绿灯装置的操作控制。
5.

OLED显示屏连接 ：

配置OLED显示屏的VCC引脚至STM32的3.3V引脚，并将GND引脚接地；SCL和SDA时钟信号分别连接至I2C总线上的PB6和PB7引脚。
6.
配置OLED显示屏的VCC引脚至STM32的3.3V引脚，并将GND引脚接地；SCL和SDA时钟信号分别连接至I2C总线上的PB6和PB7引脚。
六.

Wi-Fi模块连接 ：

用于ESP8266的TX与RX引脚分别配置STM32的USART端子（如PA9与PA10），其中VCC端子被接至STM32的3.3V电源端子；地线端子则被接至双方的地线端子。

4. 代码实现

系统初始化

复制代码

 #include "stm32f4xx_hal.h"

    
 #include "traffic_light.h"
    
 #include "ir_sensor.h"
    
 #include "ultrasonic_sensor.h"
    
 #include "relay_control.h"
    
 #include "oled.h"
    
 #include "wifi.h"
    
  
    
 void SystemClock_Config(void);
    
 static void MX_GPIO_Init(void);
    
 static void MX_USART1_UART_Init(void);
    
 static void MX_I2C1_Init(void);
    
  
    
 int main(void) {
    
   HAL_Init();
    
   SystemClock_Config();
    
   MX_GPIO_Init();
    
   MX_USART1_UART_Init();
    
   MX_I2C1_Init();
    
  
    
   TrafficLight_Init();
    
   IRSensor_Init();
    
   UltrasonicSensor_Init();
    
   RelayControl_Init();
    
   OLED_Init();
    
   WiFi_Init();
    
  
    
   while (1) {
    
     // 系统循环处理
    
   }
    
 }
    
  
    
 void SystemClock_Config(void) {
    
   // 配置系统时钟
    
 }
    
  
    
 static void MX_GPIO_Init(void) {
    
   // 初始化GPIO
    
   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
  
    
   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3; // 连接红绿灯和继电器模块
    
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
  
    
   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2; // 连接传感器模块
    
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
 }
    
  
    
 static void MX_USART1_UART_Init(void) {
    
   // 初始化USART1用于Wi-Fi通信
    
   huart1.Instance = USART1;
    
   huart1.Init.BaudRate = 115200;
    
   huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    
   huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    
   huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    
   huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    
   huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    
   huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    
   if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {
    
     Error_Handler();
    
   }
    
 }
    
  
    
 static void MX_I2C1_Init(void) {
    
   // 初始化I2C1用于OLED显示屏通信
    
   hi2c1.Instance = I2C1;
    
   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
    
   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    
   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
    
   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    
   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    
   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    
   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    
   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
   if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
    
     Error_Handler();
    
   }
    
 }
    
    
    
    
    
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红绿灯控制逻辑

复制代码

 #include "traffic_light.h"

    
  
    
 void TrafficLight_Init(void) {
    
   // 初始化交通信号灯
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 红灯初始状态亮
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); // 绿灯初始状态灭
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // 黄灯初始状态灭
    
 }
    
  
    
 void TrafficLight_SetRed(void) {
    
   // 设置红灯亮
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    
 }
    
  
    
 void TrafficLight_SetGreen(void) {
    
   // 设置绿灯亮
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    
 }
    
  
    
 void TrafficLight_SetYellow(void) {
    
   // 设置黄灯亮
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    
 }
    
    
    
    
    
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车辆与行人检测

复制代码

 #include "ir_sensor.h"

    
 #include "ultrasonic_sensor.h"
    
  
    
 void IRSensor_Init(void) {
    
   // 初始化红外传感器
    
 }
    
  
    
 bool IRSensor_DetectVehicle(void) {
    
   // 检测是否有车辆通过
    
   return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET;
    
 }
    
  
    
 void UltrasonicSensor_Init(void) {
    
   // 初始化超声波传感器
    
 }
    
  
    
 bool UltrasonicSensor_DetectPedestrian(void) {
    
   // 检测行人是否在斑马线上
    
   // 发送Trig信号
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
    
   HAL_Delay(10); // 延时10微秒
    
   HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    
  
    
   // 等待Echo信号
    
   uint32_t duration = 0;
    
   while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_RESET);
    
   while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_SET) {
    
     duration++;
    
     HAL_Delay(1);
    
   }
    
  
    
   // 根据回声持续时间判断距离
    
   float distance = duration * 0.034 / 2.0;
    
   return distance < 2.0; // 假设2米以内认为有行人
    
 }
    
    
    
    
    
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信号灯控制与调度

复制代码

 #include "traffic_light.h"

    
 #include "ir_sensor.h"
    
 #include "ultrasonic_sensor.h"
    
 #include "relay_control.h"
    
  
    
 void ControlTrafficLights(void) {
    
   if (UltrasonicSensor_DetectPedestrian()) {
    
     // 如果检测到行人，优先绿灯
    
     TrafficLight_SetGreen();
    
     HAL_Delay(5000); // 绿灯持续5秒
    
     TrafficLight_SetYellow();
    
     HAL_Delay(2000); // 黄灯持续2秒
    
     TrafficLight_SetRed();
    
     HAL_Delay(5000); // 红灯持续5秒
    
   } else if (IRSensor_DetectVehicle()) {
    
     // 如果检测到车辆，正常红绿灯切换
    
     TrafficLight_SetGreen();
    
     HAL_Delay(10000); // 绿灯持续10秒
    
     TrafficLight_SetYellow();
    
     HAL_Delay(2000); // 黄灯持续2秒
    
     TrafficLight_SetRed();
    
     HAL_Delay(10000); // 红灯持续10秒
    
   } else {
    
     // 无车辆和行人时，保持红灯
    
     TrafficLight_SetRed();
    
   }
    
 }
    
    
    
    
    
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OLED显示与状态提示

复制代码

 #include "oled.h"

    
  
    
 void OLED_Init(void) {
    
   // 初始化OLED显示屏
    
 }
    
  
    
 void OLED_DisplayStatus(bool pedestrian, bool vehicle) {
    
   // 在OLED显示屏上显示交通状态
    
   char displayStr[64];
    
   sprintf(displayStr, "Pedestrian: %s\nVehicle: %s", 
    
       pedestrian ? "YES" : "NO", vehicle ? "YES" : "NO");
    
   OLED_ShowString(0, 0, displayStr);
    
 }
    
    
    
    
    
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Wi-Fi通信与远程监控

复制代码

 #include "wifi.h"

    
  
    
 void WiFi_Init(void) {
    
   // 初始化Wi-Fi模块
    
 }
    
  
    
 bool WiFi_IsConnected(void) {
    
   // 检查Wi-Fi是否已连接
    
   return true; // 示例中假设已连接
    
 }
    
  
    
 void WiFi_SendTrafficData(bool pedestrian, bool vehicle) {
    
   // 发送交通监测数据到远程服务器
    
   char dataMessage[64];
    
   sprintf(dataMessage, "Pedestrian: %s, Vehicle: %s", 
    
       pedestrian ? "YES" : "NO", vehicle ? "YES" : "NO");
    
   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)dataMessage, strlen(dataMessage), HAL_MAX_DELAY);
    
 }
    
    
    
    
    
![](https://ad.itadn.com/c/weblog/blog-img/images/2025-07-12/cpIVkHGqSxDY3TCg6ABWhuXlia0e.png)

主程序循环处理

该系统将在main函数内的while循环中持续监测车辆与行人的状况，并根据监测结果动态地调节信号灯的变化。该系统采用OLED显示屏实时呈现当前交通状况，并且能够利用Wi-Fi模块将采集的数据传输至远程服务器。

复制代码

 while (1) {

    
   // 检测车辆和行人
    
   bool pedestrian = UltrasonicSensor_DetectPedestrian();
    
   bool vehicle = IRSensor_DetectVehicle();
    
  
    
   // 显示交通状态
    
   OLED_DisplayStatus(pedestrian, vehicle);
    
  
    
   // 控制交通信号灯
    
   ControlTrafficLights();
    
  
    
   // 通过Wi-Fi发送数据
    
   if (WiFi_IsConnected()) {
    
     WiFi_SendTrafficData(pedestrian, vehicle);
    
   }
    
  
    
   HAL_Delay(1000); // 每1秒检测一次
    
 }
    
    
    
    
    
![](https://ad.itadn.com/c/weblog/blog-img/images/2025-07-12/dL8qTIoQvZPu6WjJF02bDxclYXSU.png)

源码+开发文档

5. 应用场景

城市交通管理

针对城市交通管理问题，在本系统中实现了对各路口车辆与行人状况的实时监测，并对交通信号灯切换时间进行优化调控。这种设置有助于缓解路段拥堵现象的同时提升整体通行效率。此外，在采用远程监控系统的前提下，在线获取各路口的实时数据信息，并能快速识别并采取应急措施以应对突发状况。

智能交通系统的研发与测试

本系统不仅可用于智能交通系统的研发和测试，并且可以通过模拟各种交通场景来评估信号灯控制算法的性能。该系统可根据不同时间段的车流量自动优化信号灯切换策略，并从而为智能交通系统的开发提供一个可靠的基础实验平台

6. 常见问题及解决方案

常见问题

传感器检测不准确或失灵 ：可能是传感器故障或环境干扰。

复制代码

 * **解决方案** ：定期校准传感器，确保检测的准确性。必要时更换传感器。

信号灯切换不及时 ：可能是控制逻辑设置不当或系统延迟。

解决方案：提升控制流程的效率，并通过技术手段降低系统的响应时间来保证信号灯切换的及时性与准确性. 3.

Wi-Fi连接不稳定 ：可能是网络信号弱或Wi-Fi模块配置不当。

解决方案 ：提升无线网络性能以确保连通性。在必要情况下更换信号功率更高的路由器设备或安装信号放大器辅助设备。

解决方案

对红外与超声波传感器的定期维护与校准

信号灯切换规则优化：基于现实应用场景需求，在现有技术基础上重新设计信号灯切换规则，在确保系统能够快速且顺畅地适应交通状况的变化的同时提升道路通行效率。

网络连接优化：通过提升Wi-Fi模块与网络环境的稳定运行, 防止因延迟或数据丢失导致的信息传递中断, 从而保证远程监控的数据既能够保持实时性又具备高度可靠性

7. 结论

本文详细阐述了基于STM32微控制器及其多种传感器的技术方案。该技术体系旨在构建一个智能化的交通信号控制系统。本系统通过实时监测车辆与行人的动态状态，并根据实时监测到的数据自动调节绿黄灯切换周期。The system integrates an OLEdisplay panel with Wi-Fi connectivity, enabling real-time data visualization and remote monitoring capabilities. This advanced framework provides versatile applications in urban traffic management and intelligent transportation system development and testing.

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目录

1. 引言

2. 环境准备工作

硬件准备

软件安装与配置

3. 系统设计

系统架构

硬件连接

4. 代码实现

系统初始化

主程序循环处理

5. 应用场景

城市交通管理

智能交通系统的研发与测试

6. 常见问题及解决方案

常见问题

解决方案

7. 结论

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