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.. _py_pi5_traffic:

3.1.7 Semaforo
========================

Introduzione
---------------

In questo progetto, utilizzeremo LED di tre colori per simulare il cambio 
dei semafori e un display a 7 segmenti a quattro cifre per mostrare il timer 
di ogni stato del traffico.

Componenti Necessari
------------------------------

Per questo progetto, sono necessari i seguenti componenti.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_list.png
    :width: 800
    :align: center

.. È decisamente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

.. .. list-table::
..     :widths: 20 20 20
..     :header-rows: 1

..     *   - Nome	
..         - COMPONENTI IN QUESTO KIT
..         - LINK
..     *   - Raphael Kit
..         - 337
..         - |link_Raphael_kit|

.. Puoi anche acquistarli separatamente dai link qui sotto.

.. .. list-table::
..     :widths: 30 20
..     :header-rows: 1

..     *   - DESCRIZIONE COMPONENTI
..         - LINK PER L'ACQUISTO

..     *   - :ref:`gpio_extension_board`
..         - |link_gpio_board_buy|
..     *   - :ref:`breadboard`
..         - |link_breadboard_buy|
..     *   - :ref:`wires`
..         - |link_wires_buy|
..     *   - :ref:`resistor`
..         - |link_resistor_buy|
..     *   - :ref:`led`
..         - |link_led_buy|
..     *   - :ref:`4_digit`
..         - \-
..     *   - :ref:`74hc595`
..         - |link_74hc595_buy|

Schema Elettrico
--------------------

============ ======== ======== ===
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
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_schematic.png
   :align: center

Procedure Sperimentali
------------------------

**Step 1:** Costruisci il circuito.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_circuit.png

**Step 2:** Cambia la directory.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

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

**Step 3:** Esegui.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 3.1.7_TrafficLight.py

Quando il codice è in esecuzione, i LED simuleranno il cambiamento dei colori 
del semaforo. Prima, il LED rosso si accende per 60 secondi, poi il LED verde 
per 30 secondi e successivamente il LED giallo per 5 secondi. Dopo di ciò, il 
LED rosso si riaccende per altri 60 secondi. Questo ciclo di azioni si ripeterà 
continuamente. Nel frattempo, il display a 7 segmenti a quattro cifre mostra il 
conto alla rovescia in modo continuo.

Codice
----------

.. note::
    Puoi **Modificare/Reimpostare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice sottostante. Ma prima di tutto, è necessario accedere al percorso del codice come ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   from gpiozero import OutputDevice, LED
   import threading

   # Configurazione dei pin GPIO per il registro a scorrimento 74HC595
   SDI = OutputDevice(24)   # Ingresso Dati Seriali
   RCLK = OutputDevice(23)  # Clock del Registro
   SRCLK = OutputDevice(18) # Clock del Registro a Scorrimento

   # Configurazione dei pin GPIO per la selezione delle cifre sul display a 7 segmenti
   placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

   # Codici dei segmenti per i numeri 0-9 sul display a 7 segmenti
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

   # Configurazione dei pin GPIO per i LED del semaforo
   ledPinR = LED(25) # LED Rosso
   ledPinG = LED(8)  # LED Verde
   ledPinY = LED(7)  # LED Giallo

   # Durata delle luci del semaforo
   greenLight = 30
   yellowLight = 5
   redLight = 60

   # Nomi dei colori del semaforo
   lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

   # Inizializzazione delle variabili di stato
   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()



Spiegazione del Codice
---------------------------

#. Importa le classi ``OutputDevice`` e ``LED`` dalla libreria gpiozero, che permettono di controllare dispositivi di uscita generali e specificamente i LED. Importa il modulo threading di Python, utilizzato per creare e gestire thread per l'esecuzione concorrente.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       from gpiozero import OutputDevice, LED
       import threading

#. Inizializza i pin GPIO collegati all'Input Dati Seriale (SDI), all'Input di Clock del Registro (RCLK) e all'Input di Clock del Registro a Scorrimento (SRCLK) del registro a scorrimento.

   .. code-block:: python

       # Configurazione dei pin GPIO per il registro a scorrimento 74HC595
       SDI = OutputDevice(24)   # Ingresso Dati Seriali
       RCLK = OutputDevice(23)  # Clock del Registro
       SRCLK = OutputDevice(18) # Clock del Registro a Scorrimento

#. Inizializza i pin per ogni cifra del display a 7 segmenti e definisce i codici binari per visualizzare i numeri da 0 a 9.

   .. code-block:: python

       # Configurazione dei pin GPIO per la selezione delle cifre sul display a 7 segmenti
       placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

       # Codici dei segmenti per i numeri 0-9 sul display a 7 segmenti
       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. Inizializza i pin GPIO per i LED rosso, verde e giallo utilizzati nella simulazione del semaforo. Imposta la durata (in secondi) per ciascun stato di colore nel sistema semaforico. Definisce i nomi dei colori del semaforo per riferimento.

   .. code-block:: python

       # Configurazione dei pin GPIO per i LED del semaforo
       ledPinR = LED(25) # LED Rosso
       ledPinG = LED(8)  # LED Verde
       ledPinY = LED(7)  # LED Giallo

       # Impostazioni di durata delle luci del semaforo
       greenLight = 30
       yellowLight = 5
       redLight = 60

       # Nomi dei colori del semaforo
       lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")    

#. Inizializza le variabili per tracciare lo stato del colore corrente, un contatore per il timing e un segnaposto per un oggetto timer.

   .. code-block:: python

       # Inizializzazione delle variabili di stato
       colorState = 0
       counter = 60
       timer1 = None

#. Inizializza il sistema semaforico e avvia il thread del timer.

   .. code-block:: python

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

#. Funzioni per controllare il display a 7 segmenti. ``clearDisplay`` spegne tutti i segmenti, ``hc595_shift`` invia i dati al registro a scorrimento, e ``pickDigit`` attiva una cifra specifica sul display.

   .. code-block:: python

       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()

#. Gestisce il timing per i cambi di luce del semaforo e aggiorna il contatore e lo stato del colore.

   .. code-block:: python

       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]}")

#. Aggiorna lo stato dei LED del semaforo in base allo stato del colore corrente.

   .. code-block:: python

       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()

#. Calcola la cifra da visualizzare su ciascun segmento del display a 7 segmenti e lo aggiorna di conseguenza.

   .. code-block:: python

       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])

#. Il ciclo principale che aggiorna continuamente il display e i LED del semaforo.

   .. code-block:: python

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

#. Rilascia le risorse quando lo script viene terminato, spegnendo i LED e fermando il thread del timer.

   .. code-block:: python

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