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3.1.7 Semáforo

Introducción

En este proyecto, usaremos luces LED de tres colores para simular el cambio de luces de un semáforo, y se utilizará una pantalla de 7 segmentos de cuatro dígitos para mostrar la cuenta regresiva de cada estado del semáforo.

Componentes Necesarios

Para este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

../_images/4.1.12_traffic_light_list.png

Diagrama Esquemático

T-Board Name	physical	wiringPi	BCM
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO22	Pin 15	3	22
SPIMOSI	Pin 19	12	10
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO23	Pin 16	4	23
GPIO24	Pin 18	5	24
GPIO25	Pin 22	6	25
SPICE0	Pin 24	10	8
SPICE1	Pin 26	11	7

../_images/4.1.12_traffic_light_schematic.png

Procedimiento Experimental

Paso 1: Conecta el circuito.

../_images/4.1.12_traffic_light_circuit.png

Paso 2: Cambia al directorio de código.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

Paso 3: Ejecuta el archivo.

sudo python3 3.1.7_TrafficLight.py

Al ejecutar el código, los LED simularán el cambio de colores de un semáforo. Primero, el LED rojo se enciende durante 60 segundos, luego el LED verde se enciende durante 30 segundos y, finalmente, el LED amarillo se enciende durante 5 segundos. Después, el LED rojo vuelve a encenderse por 60 segundos. Este ciclo de acciones se repetirá continuamente. Mientras tanto, la pantalla de 7 segmentos de 4 dígitos muestra la cuenta regresiva en todo momento.

Código

Nota

Puedes Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener el código a continuación. Antes de eso, necesitas ir al directorio de código fuente, como davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5. Después de modificar el código, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import OutputDevice, LED
import threading

# Configura los pines GPIO para el registro de desplazamiento 74HC595
SDI = OutputDevice(24)   # Entrada de Datos en Serie
RCLK = OutputDevice(23)  # Reloj de Registro
SRCLK = OutputDevice(18) # Reloj de Registro de Desplazamiento

# Configura los pines GPIO para la selección de dígitos en la pantalla de 7 segmentos
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Códigos de segmentos para los números 0-9 en la pantalla de 7 segmentos
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

# Configura los pines GPIO para los LED del semáforo
ledPinR = LED(25) # LED rojo
ledPinG = LED(8)  # LED verde
ledPinY = LED(7)  # LED amarillo

# Configuración de duración para las luces del semáforo
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

# Nombres de colores de las luces del semáforo
 lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

# Inicialización de variables de estado
colorState = 0
counter = 60
timer1 = None

def setup():
    """ Initialize the traffic light system and start the timer. """
    global timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
    timer1.start()

def clearDisplay():
    """ Clear the 7-segment display. """
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    """ Shift data to the 74HC595 shift register for digit display. """
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    """ Select a specific digit to display on the 7-segment display. """
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

def timer():
    """ Handle the timing for traffic light changes. """
    global counter, colorState, timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
    timer1.start()
    counter -= 1
    if counter == 0:
        counter = [greenLight, yellowLight, redLight][colorState]
        colorState = (colorState + 1) % 3
    print(f"counter : {counter}    color: {lightColor[colorState]}")

def lightup():
    """ Update the traffic light LED based on the current state. """
    global colorState
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()
    [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

def display():
    """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
    global counter

    for i in range(4):
        digit = counter // (10 ** (3 - i)) % 10
        if i == 0 and digit == 0:
            continue
        clearDisplay()
        pickDigit(3 - i)
        hc595_shift(number[digit])

def loop():
    """ Main loop to continuously update display and lights. """
    while True:
        display()
        lightup()

def destroy():
    """ Clean up resources when the script is terminated. """
    global timer1
    timer1.cancel()
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()

try:
    setup()
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    destroy()

Explicación del Código

Importa las clases OutputDevice y LED de la biblioteca gpiozero, que permiten controlar dispositivos de salida y, específicamente, LEDs. También importa el módulo threading de Python, que se usará para crear y gestionar hilos para la ejecución concurrente.
```
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, LED
import threading
```

Inicializa los pines GPIO conectados a la Entrada de Datos en Serie (SDI), el Reloj de Registro (RCLK) y el Reloj de Registro de Desplazamiento (SRCLK) del registro de desplazamiento.

# Configura los pines GPIO para el registro de desplazamiento 74HC595
SDI = OutputDevice(24)   # Entrada de Datos en Serie
RCLK = OutputDevice(23)  # Reloj de Registro
SRCLK = OutputDevice(18) # Reloj de Registro de Desplazamiento

Inicializa los pines para cada dígito de la pantalla de 7 segmentos y define los códigos binarios para mostrar los números del 0 al 9.

# Configura los pines GPIO para la selección de dígitos en la pantalla de 7 segmentos
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Códigos de segmentos para los números 0-9 en la pantalla de 7 segmentos
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

Inicializa los pines GPIO para los LEDs rojo, verde y amarillo utilizados en la simulación del semáforo. Configura la duración (en segundos) para cada color en el sistema de semáforo. Define los nombres de los colores para referencia.

# Configura los pines GPIO para los LEDs del semáforo
ledPinR = LED(25) # LED rojo
ledPinG = LED(8)  # LED verde
ledPinY = LED(7)  # LED amarillo

# Duración de las luces del semáforo
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

# Nombres de los colores del semáforo
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

Inicializa variables para rastrear el estado de color actual, un contador para el tiempo y un marcador de posición para el objeto de temporizador.
```
# Inicialización de variables de estado
colorState = 0
counter = 60
timer1 = None
```

Inicializa el sistema de semáforo y activa el hilo del temporizador.

def setup():
    """ Initialize the traffic light system and start the timer. """
    global timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
    timer1.start()

Funciones para controlar la pantalla de 7 segmentos. clearDisplay apaga todos los segmentos, hc595_shift desplaza datos hacia el registro de desplazamiento, y pickDigit activa un dígito específico en la pantalla.

def clearDisplay():
    """ Clear the 7-segment display. """
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    """ Shift data to the 74HC595 shift register for digit display. """
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    """ Select a specific digit to display on the 7-segment display. """
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

Administra la temporización para los cambios de luz del semáforo y actualiza el contador y el estado del color.

def timer():
    """ Handle the timing for traffic light changes. """
    global counter, colorState, timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
    timer1.start()
    counter -= 1
    if counter == 0:
        counter = [greenLight, yellowLight, redLight][colorState]
        colorState = (colorState + 1) % 3
    print(f"counter : {counter}    color: {lightColor[colorState]}")

Actualiza el estado de los LEDs del semáforo en función del estado de color actual.

def lightup():
    """ Update the traffic light LED based on the current state. """
    global colorState
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()
    [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

Calcula el dígito que debe mostrarse en cada segmento de la pantalla de 7 segmentos y lo actualiza en consecuencia.

def display():
    """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
    global counter

    for i in range(4):
        digit = counter // (10 ** (3 - i)) % 10
        if i == 0 and digit == 0:
            continue
        clearDisplay()
        pickDigit(3 - i)
        hc595_shift(number[digit])

Bucle principal que actualiza continuamente la pantalla y los LEDs del semáforo.

def loop():
    """ Main loop to continuously update display and lights. """
    while True:
        display()
        lightup()

Libera recursos cuando se termina el script, como apagar los LEDs y detener el hilo del temporizador.

def destroy():
    """ Clean up resources when the script is terminated. """
    global timer1
    timer1.cancel()
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()