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STM32智能停车场管理系统教程

news 来源：原创 2024/9/20 10:08:19

引言
环境准备
智能停车场管理系统基础
代码实现：实现智能停车场管理系统 4.1 数据采集模块 4.2 数据处理与控制模块 4.3 通信与网络系统实现 4.4 用户界面与数据可视化
应用场景：停车场管理与优化
问题解决方案与优化
收尾与总结

1. 引言

智能停车场管理系统通过STM32嵌入式系统结合各种传感器、执行器和通信模块，实现对停车场车辆状态的实时监控、自动控制和数据传输。本文将详细介绍如何在STM32系统中实现一个智能停车场管理系统，包括环境准备、系统架构、代码实现、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：STM32F4系列或STM32H7系列开发板
调试器：ST-LINK V2或板载调试器
传感器：如超声波传感器、红外传感器、RFID读卡器等
执行器：如闸门、LED显示屏、报警器等
通信模块：如Wi-Fi模块、LoRa模块等
显示屏：如OLED显示屏
按键或旋钮：用于用户输入和设置
电源：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库和FreeRTOS

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. 智能停车场管理系统基础

控制系统架构

智能停车场管理系统由以下部分组成：

数据采集模块：用于采集停车场中车辆状态和环境数据
数据处理与控制模块：对采集的数据进行处理和分析，生成控制信号
通信与网络系统：实现监测系统与服务器或其他设备的通信
显示系统：用于显示系统状态和车辆信息
用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

功能描述

通过各种传感器采集停车场中车辆的状态和环境数据，并实时显示在OLED显示屏上。系统通过数据处理和网络通信，实现对停车场闸门、显示屏等的自动控制。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. 代码实现：实现智能停车场管理系统

4.1 数据采集模块

配置超声波传感器

使用STM32CubeMX配置GPIO接口：

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，设置为输入和输出模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"#define TRIG_PIN GPIO_PIN_0
#define ECHO_PIN GPIO_PIN_1
#define GPIO_PORT GPIOAvoid GPIO_Init(void) {__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_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);GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}uint32_t Read_Distance(void) {HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(2);HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(10);HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);uint32_t startTime = HAL_GetTick();while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {if (HAL_GetTick() - startTime > 100) {return 0; // Timeout}}startTime = HAL_GetTick();while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET) {if (HAL_GetTick() - startTime > 100) {return 0; // Timeout}}uint32_t travelTime = HAL_GetTick() - startTime;uint32_t distance = travelTime * 0.034 / 2; // Calculate distance in cmreturn distance;
}int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();GPIO_Init();uint32_t distance;while (1) {distance = Read_Distance();HAL_Delay(1000);}
}

配置RFID读卡器

使用STM32CubeMX配置UART接口：

打打开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UART引脚，设置为UART模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"UART_HandleTypeDef huart1;void UART1_Init(void) {huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 9600;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;HAL_UART_Init(&huart1);
}uint32_t Read_RFID(void) {uint8_t buffer[12];HAL_UART_Receive(&huart1, buffer, 12, HAL_MAX_DELAY);uint32_t rfid_tag = (buffer[0] << 24) | (buffer[1] << 16) | (buffer[2] << 8) | buffer[3];return rfid_tag;
}int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();UART1_Init();uint32_t rfid_tag;while (1) {rfid_tag = Read_RFID();HAL_Delay(1000);}
}

4.2 数据处理与控制模块

数据处理模块将传感器数据转换为可用于控制系统的数据，并进行必要的计算和分析。

停车场控制算法

实现一个简单的停车场控制算法，根据传感器数据控制闸门和显示屏状态：

#define DISTANCE_THRESHOLD 10
#define VALID_RFID_TAG 0x12345678void Control_Parking_Gate(uint32_t distance, uint32_t rfid_tag) {if (distance < DISTANCE_THRESHOLD && rfid_tag == VALID_RFID_TAG) {// 打开闸门HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);} else {// 关闭闸门HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);}
}void GPIOB_Init(void) {__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();GPIO_Init();GPIOB_Init();UART1_Init();uint32_t distance, rfid_tag;while (1) {distance = Read_Distance();rfid_tag = Read_RFID();Control_Parking_Gate(distance, rfid_tag);HAL_Delay(1000);}
}

4.3 通信与网络系统实现

配置Wi-Fi模块

使用STM32CubeMX配置UART接口：

打打开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UART引脚，设置为UART模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "usart.h"
#include "wifi_module.h"UART_HandleTypeDef huart2;void UART2_Init(void) {huart2.Instance = USART2;huart2.Init.BaudRate = 115200;huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;HAL_UART_Init(&huart2);
}void Send_Parking_Data_To_Server(uint32_t distance, uint32_t rfid_tag) {char buffer[64];sprintf(buffer, "Distance: %lu, RFID Tag: %08lx", distance, rfid_tag);HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
}int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();UART2_Init();GPIO_Init();GPIOB_Init();UART1_Init();uint32_t distance, rfid_tag;while (1) {distance = Read_Distance();rfid_tag = Read_RFID();Send_Parking_Data_To_Server(distance, rfid_tag);HAL_Delay(1000);}
}

4.4 用户界面与数据可视化

配置OLED显示屏

使用STM32CubeMX配置I2C接口：

打打开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模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

首先，初始化OLED显示屏：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "oled.h"void Display_Init(void) {OLED_Init();
}

然后实现数据展示函数，将停车场数据展示在OLED屏幕上：

void Display_Data(uint32_t distance, uint32_t rfid_tag) {char buffer[32];sprintf(buffer, "Distance: %lu cm", distance);OLED_ShowString(0, 0, buffer);sprintf(buffer, "RFID: %08lx", rfid_tag);OLED_ShowString(0, 1, buffer);
}int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();I2C1_Init();Display_Init();GPIO_Init();GPIOB_Init();UART1_Init();uint32_t distance, rfid_tag;while (1) {distance = Read_Distance();rfid_tag = Read_RFID();// 显示停车场数据Display_Data(distance, rfid_tag);HAL_Delay(1000);}
}