.. note::

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.. _3.1.6_c:

3.1.6 Verkehrsampel
=========================

Einführung
---------------

In diesem Projekt nutzen wir LED-Leuchten in drei Farben, um den 
Wechsel von Verkehrsampeln darzustellen. Zudem wird eine vierstellige 7-Segment-Anzeige verwendet,
um die Zeitdauer jeder Ampelphase anzuzeigen.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../img/list_Traffic_Light.png
    :align: center

Es ist definitiv praktisch, gleich ein ganzes Set zu kaufen. Hier ist der Link: 

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

    *   - Name	
        - ARTIKEL IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können die Teile aber auch einzeln über die untenstehenden Links erwerben.

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

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUF-LINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|

Schaltplan
--------------------

============ ======== ======== ===
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:: ../img/Schematic_three_one7.png
   :align: center

Experimentelle Verfahren
----------------------------

**Schritt 1:** Schaltung aufbauen.

.. image:: ../img/image254.png

**Schritt 2:** Verzeichnis wechseln.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/c/3.1.6/

**Schritt 3:** Kompilieren.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.6_TrafficLight.c -lwiringPi

**Schritt 4:** Programm ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./a.out

Während das Programm läuft, simulieren die LEDs den Farbwechsel von 
Verkehrsampeln. Zuerst leuchtet die rote LED 60s lang, dann die grüne LED 
für 30s und anschließend die gelbe LED für 5s. Danach leuchtet wieder die rote LED für 60s.
Dieser Ablauf wiederholt sich fortlaufend.

.. note::

    Wenn nach dem Starten ein Problem auftritt oder die Fehlermeldung: \"wiringPi.h: No such file or directory\" erscheint, verweisen Sie bitte auf :ref:`install_wiringpi`.

Code
---------

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>
    #include <wiringShift.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>
    #define     SDI     5 
    #define     RCLK    4  
    #define     SRCLK    1   

    const int ledPin[]={6,10,11};  
    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};
    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

    int greenLight = 30;
    int yellowLight = 5;
    int redLight = 60;
    int colorState = 0;
    char *lightColor[]={"Red","Green","Yellow"};
    int counter = 60;

    void lightup()
    {
        for(int i=0;i<3;i++){
            digitalWrite(ledPin[i],HIGH);
        }
        digitalWrite(ledPin[colorState],LOW);    
    }

    void pickDigit(int digit)
    {
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            digitalWrite(placePin[i], 0);
        }
        digitalWrite(placePin[digit], 1);
    }

    void hc595_shift(int8_t data)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 0x80 & (data << i));
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void clearDisplay()
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 1);
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void display()
    {
        int a,b,c;
        
        a = counter % 10000 / 1000 + counter % 1000 / 100;
        b = counter % 10000 / 1000 + counter % 1000 / 100 + counter % 100 / 10;
        c = counter % 10000 / 1000 + counter % 1000 / 100 + counter % 100 / 10 + counter % 10;

        if (counter % 10000 / 1000 == 0){
            clearDisplay();
        }
        else{
            clearDisplay();
            pickDigit(3);
            hc595_shift(number[counter % 10000 / 1000]);
        }
        if (a == 0){
            clearDisplay();
        }
        else{
            clearDisplay();
            pickDigit(2);
            hc595_shift(number[counter % 1000 / 100]);
        }
        if (b == 0){
            clearDisplay();
        }
        else{
            clearDisplay();
            pickDigit(1);
            hc595_shift(number[counter % 100 / 10]);
        }
        if(c == 0){
            clearDisplay();
        }

        else{
            clearDisplay();
            pickDigit(0);
            hc595_shift(number[counter % 10]);
        }
    }

    void loop()
    {
        while(1){
        display();
        lightup(); 
        }
    }


    void timer(int  timer1){       //Timer function
        if(timer1 == SIGALRM){   
            counter --;         
            alarm(1); 
            if(counter == 0){
                if(colorState == 0) counter = greenLight;
                if(colorState == 1) counter = yellowLight;
                if(colorState == 2) counter = redLight;
                colorState = (colorState+1)%3; 
            }
            printf("counter : %d \t light color: %s \n",counter,lightColor[colorState]);
        }
    }

    int main(void)
    {
        int i;
        if(wiringPiSetup() == -1){ 
            printf("setup wiringPi failed !");
            return 1; 
        }
        pinMode(SDI,OUTPUT);        
        pinMode(RCLK,OUTPUT);
        pinMode(SRCLK,OUTPUT);
        for(i=0;i<4;i++){       
            pinMode(placePin[i],OUTPUT);
            digitalWrite(placePin[i],HIGH);
        }
        for(i=0;i<3;i++){       
            pinMode(ledPin[i],OUTPUT);
            digitalWrite(ledPin[i],HIGH);
        }
        signal(SIGALRM,timer);  
        alarm(1); 
        loop();
        return 0;
    }


Code-Erklärung
--------------------

.. code-block:: c

    #define     SDI     5 
    #define     RCLK    4  
    #define     SRCLK    1   

    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};
    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

    void pickDigit(int digit);
    void hc595_shift(int8_t data);
    void clearDisplay();
    void display();

Diese Codes dienen dazu, die Anzeigefunktion von 4-stelligen 7-Segment-Anzeigen zu realisieren. Für weitere Details verweisen Sie bitte auf Kapitel 1.1.5 des Dokuments. Hier nutzen wir die Codes, um den Countdown der Ampelzeit anzuzeigen.

.. code-block:: c

    const int ledPin[]={6,10,11};  

    int colorState = 0;

    void lightup()
    {
        for(int i=0;i<3;i++){
            digitalWrite(ledPin[i],HIGH);
        }
        digitalWrite(ledPin[colorState],LOW);    
    }

Die Codes werden verwendet, um die LED ein- und auszuschalten.

.. code-block:: c

    int greenLight = 30;
    int yellowLight = 5;
    int redLight = 60;
    int colorState = 0;
    char *lightColor[]={"Red","Green","Yellow"};
    int counter = 60;

    void timer(int  timer1){       //Timer function
        if(timer1 == SIGALRM){   
            counter --;         
            alarm(1); 
            if(counter == 0){
                if(colorState == 0) counter = greenLight;
                if(colorState == 1) counter = yellowLight;
                if(colorState == 2) counter = redLight;
                colorState = (colorState+1)%3; 
            }
            printf("counter : %d \t light color: %s \n",counter,lightColor[colorState]);
        }
    }

Die Codes werden verwendet, um den Timer ein- und auszuschalten. Weitere Details finden Sie im Kapitel
1.1.5. Hier wird, wenn der Timer null erreicht, der ``colorState`` gewechselt, um die LED umzuschalten, und der Timer erhält einen neuen Wert.

.. code-block:: c

    void loop()
    {
        while(1){
        display();
        lightup(); 
        }
    }

    int main(void)
    {
        //…
        signal(SIGALRM,timer);  
        alarm(1); 
        loop();
        return 0;
    }

Der Timer wird in der ``main()`` Funktion gestartet. In der ``loop()`` Funktion wird eine 
**while(1)** Schleife verwendet und die Funktionen von 4-stelligen 7-Segment-Anzeigen und LED aufgerufen.

Phänomen-Bild
-------------------

.. image:: ../img/IMG_8319.jpg
   :align: center