.. note:: こんにちは、SunFounder Raspberry Pi & Python & ESP32 Enthusiasts Communityへようこそ！Raspberry Pi、Python、ESP32について、仲間と一緒により深く学びましょう。 **なぜ参加するのか？** - **専門家によるサポート**：購入後の問題や技術的な課題に対して、コミュニティやチームのサポートを受けられます。 - **学びと共有**：スキル向上のためのヒントやチュートリアルを交換しましょう。 - **限定プレビュー**：新製品の発表や先行情報をいち早く手に入れることができます。 - **特別割引**：最新製品に対する独占的な割引をお楽しみいただけます。 - **お祭りプロモーションやプレゼント**：プレゼントや季節限定プロモーションに参加できます。 👉 一緒に探索し、創造していきませんか？ [|link_sf_facebook|] をクリックして今すぐ参加しましょう！ .. _py_traffic_light: 7.6 信号機コントローラの作成 ============================================================== このプロジェクトでは、Raspberry Pi Pico 2、3つのLED（赤、黄、緑）、および4桁の7セグメントディスプレイを使用して **信号機コントローラ** を作成します。このシステムは、実際の信号機の動作をシミュレートし、各信号の残り時間を7セグメントディスプレイに表示します。 **必要なもの** このプロジェクトには以下のコンポーネントが必要です。 セットで購入するのが便利です。こちらからご確認ください： .. list-table:: :widths: 20 20 20 :header-rows: 1 * - 名前 - キット内アイテム - リンク * - Newton Lab Kit - 450+ - |link_newton_lab_kit| また、個別に購入する場合は以下のリンクをご参照ください。 .. list-table:: :widths: 5 20 5 20 :header-rows: 1 * - SN - コンポーネント - 数量 - リンク * - 1 - :ref:`cpn_pico_2` - 1 - |link_pico2_buy| * - 2 - Micro USBケーブル - 1 - * - 3 - :ref:`cpn_breadboard` - 1 - |link_breadboard_buy| * - 4 - :ref:`cpn_wire` - 数本 - |link_wires_buy| * - 5 - :ref:`cpn_resistor` - 7（220Ω） - |link_resistor_buy| * - 6 - :ref:`cpn_4_dit_7_segment` - 1 - * - 7 - :ref:`cpn_74hc595` - 1 - |link_74hc595_buy| * - 8 - :ref:`cpn_led` - 3 - |link_led_buy| **コンポーネントの理解** * **LED**：信号機を表します。これらを制御して、標準的な信号機の動作をシミュレートします。 * **4桁の7セグメントディスプレイ**：各信号のカウントダウンタイマーを表示します。 * **74HC595シフトレジスタ**：ピン数を節約しながら、複数の出力（ディスプレイのセグメントや桁）を制御できます。 **回路図** |sch_traffic_light| * この回路は、 :ref:`py_74hc_4dig` をベースに、3つのLEDを追加したものです。 * 3つの赤、黄、緑のLEDはそれぞれGP7～GP9に接続されています。 **配線図** |wiring_traffic_light| **コードを書く** このプロジェクトでは、次のことを行うMicroPythonスクリプトを書きます： * 信号機の動作を制御する。 * 7セグメントディスプレイにカウントダウンタイマーを表示する。 * シフトレジスタを使ってディスプレイを制御する。 .. note:: * ``7.6_traffic_light.py`` を ``newton-lab-kit/micropython`` から開くか、コードをThonnyにコピーして「実行」ボタンを押すか、F5キーを押して実行してください。 * 正しいインタープリター（MicroPython（Raspberry Pi Pico））が選択されていることを確認してください。COMxx。 .. code-block:: python import machine import utime from machine import Timer # LEDのピンを初期化 led_pins = [7, 8, 9] # 緑、黄、赤のLEDをGP7、GP8、GP9に接続 leds = [machine.Pin(pin, machine.Pin.OUT) for pin in led_pins] # 各信号の色の持続時間（秒）を定義 [緑、黄、赤] light_time = [30, 5, 30] # [緑、黄、赤] # 各桁の2進数コード（0～9） SEGMENT_CODES = [ 0x3F, # 0 0x06, # 1 0x5B, # 2 0x4F, # 3 0x66, # 4 0x6D, # 5 0x7D, # 6 0x07, # 7 0x7F, # 8 0x6F # 9 ] # 74HC595の制御ピンを初期化 SDI = machine.Pin(18, machine.Pin.OUT) # シリアルデータ入力（DS） RCLK = machine.Pin(19, machine.Pin.OUT) # レジスタクロック（STCP） SRCLK = machine.Pin(20, machine.Pin.OUT) # シフトレジスタクロック（SHCP） # 桁選択ピン（共通カソード） digit_pins = [ machine.Pin(10, machine.Pin.OUT), # 桁1 machine.Pin(11, machine.Pin.OUT), # 桁2 machine.Pin(12, machine.Pin.OUT), # 桁3 machine.Pin(13, machine.Pin.OUT) # 桁4 ] # 74HC595にデータを送信する関数 def shift_out(data): RCLK.low() for bit in range(7, -1, -1): SRCLK.low() bit_val = (data >> bit) & 0x01 SDI.value(bit_val) SRCLK.high() RCLK.high() # 特定の位置に桁を表示する関数 def display_digit(position, digit): # すべての桁を消灯 for dp in digit_pins: dp.high() # セグメントデータを送信 shift_out(SEGMENT_CODES[digit]) # 選択された桁をアクティブ化（共通カソードはアクティブロー） digit_pins[position].low() # 桁が見えるように小さな遅延を追加 utime.sleep_ms(5) # 桁を消灯 digit_pins[position].high() # 4桁ディスプレイに数字を表示する関数 def display_number(number): # 数字を桁ごとに分解 digits = [ (number // 1000) % 10, (number // 100) % 10, (number // 10) % 10, number % 10 ] # 各桁を素早く表示 for i in range(4): display_digit(i, digits[i]) # 現在の状態に基づいてLEDを更新する関数 def update_leds(state): # 状態: 0 = 緑、1 = 黄、2 = 赤 for i in range(3): leds[i].value(0) leds[state].value(1) # タイマー変数 counter = light_time[0] # 緑の信号の時間から開始 current_state = 0 # 0 = 緑、1 = 黄、2 = 赤 # タイマー割り込みコールバック関数（信号機の状態とカウントを更新） def timer_callback(t): global counter, current_state counter -= 1 if counter <= 0: current_state = (current_state + 1) % 3 # 状態を循環 counter = light_time[current_state] # 新しい状態に対するカウンタをリセット update_leds(current_state) # タイマーを初期化 timer = Timer(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer_callback) # 初期LED状態 update_leds(current_state) # メインループ try: while True: display_number(counter) except KeyboardInterrupt: timer.deinit() print("Program stopped.") コードが実行されると、最初に緑のLEDが点灯し、ディスプレイに30からのカウントダウンが表示されます。 30秒後、黄色のLEDが点灯し、ディスプレイに5からのカウントダウンが表示されます。 その後、赤のLEDが点灯し、ディスプレイに30からのカウントダウンが表示されます。 このサイクルは無限に繰り返されます。 **コードの理解** #. インポートと初期化: * ``machine``: ハードウェア関連の機能にアクセスするためのモジュール。 * ``utime``: 時間に関連する関数を提供するモジュール。 * ``Timer``: ハードウェアタイマーを作成するために使用される。 #. LEDの初期化: 赤、黄、緑のLEDのGPIOピンを定義し、それぞれを出力として初期化します。 .. code-block:: python led_pins = [7, 8, 9] # 緑、黄、赤のLEDはそれぞれGP7、GP8、GP9に接続 leds = [machine.Pin(pin, machine.Pin.OUT) for pin in led_pins] #. 信号機のタイミング: 各信号機状態の継続時間（秒単位）を指定します。 .. code-block:: python light_time = [30, 5, 30] # [緑、黄、赤] #. ディスプレイ関数: * ``display_digit(digit)``: 特定の桁をディスプレイに表示。 * ``shift_out(data)``: シフトレジスタにデータを送信。 * ``display_number(num)``: 数字を桁ごとに分解し、マルチプレクシングを使用して表示。 #. ``update_leds(state)`` 関数: * 現在の信号機状態に基づいてLEDの状態を更新。 * すべてのLEDを消灯した後、現在の状態に対応するLEDを点灯。 .. code-block:: python def update_leds(state): # 状態: 0 = 緑、1 = 黄、2 = 赤 for i in range(3): leds[i].value(0) leds[state].value(1) #. ``timer_callback(t)`` 関数: * タイマー割り込みコールバック関数。 * カウンタを毎秒減算。 * カウンタがゼロになると、次の信号機状態にサイクルし、カウンタをリセット。 .. code-block:: python def timer_callback(t): global counter, current_state counter -= 1 if counter <= 0: current_state = (current_state + 1) % 3 # 状態を循環 counter = light_time[current_state] # 新しい状態のためにカウンタをリセット update_leds(current_state) #. メインの実行: * 初期変数: 初期状態を緑に設定し、カウンタを初期化。 .. code-block:: python counter = light_time[0] # 緑の信号機の継続時間で開始 current_state = 0 # 0 = 緑、1 = 黄、2 = 赤 * タイマーの初期化: 1000ミリ秒（1秒）ごとにタイマーコールバックを呼び出す周期的タイマーを作成。 .. code-block:: python timer = Timer(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer_callback) * 初期LED状態の設定: 最初に正しいLEDが点灯していることを確認。 .. code-block:: python update_leds(current_state) * メインループ: 無限ループでカウントダウンタイマーを表示。キーボード割り込み（例：Ctrl+C）でタイマーを安全に停止し、終了。 .. code-block:: python try: while True: display_number(counter) except KeyboardInterrupt: timer.deinit() print("Program stopped.") **さらに実験** * タイミングの調整: ``light_time`` リストを変更して、各信号機の継続時間を調整します。 * 歩行者信号の追加: ボタンや追加のLEDを実装して、歩行者信号をシミュレートします。 * ディスプレイの改善: 時間がほぼ終了した際にLEDを点滅させるなどの機能を追加します。 * 実際の信号機のシミュレーション: 左折信号や交差点の複数信号など、より複雑なシーケンスを追加します。 **結論** あなたはRaspberry Pi Pico 2を使用して信号機制御システムを正常に構築しました！このプロジェクトは、マイクロコントローラーを使ってLEDやディスプレイなどのハードウェアを制御し、タイマーと割り込みを使ってリアルタイムのアプリケーションを作成する方法を示しています。 このプロジェクトを拡張し、新しい機能を追加したり、より大きなシステムに統合したりしてみてください。