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4.1.9 Semáforo

Introducción

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

Componentes Necesarios

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

../_images/4.1.12_traffic_light_list.png

Es definitivamente conveniente comprar un kit completo, aquí está el enlace:

Nombre	ARTÍCULOS EN ESTE KIT	ENLACE
Kit Raphael	337	Raphael Kit

También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE	ENLACE DE COMPRA
Placa de Extensión GPIO	COMPRAR
Protoboard	COMPRAR
Cables de Puente	COMPRAR
Resistor	COMPRAR
LED	COMPRAR
Pantalla de 7 segmentos y 4 dígitos	-
74HC595	COMPRAR

Diagrama Esquemático

Nombre T-Board	física	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

Procedimientos Experimentales

Paso 1: Construye el circuito.

../_images/4.1.12_traffic_light_circuit.png

Paso 2: Cambia de directorio.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Paso 3: Ejecuta.

sudo python3 4.1.12_TrafficLight_zero.py

Cuando el código se ejecute, los LEDs simularán el cambio de color de los semáforos. Primero, el LED rojo se encenderá durante 60s, luego el LED verde se encenderá durante 30s; después, el LED amarillo se encenderá durante 5s. Luego de esto, el LED rojo se encenderá nuevamente durante 60s. De esta manera, esta serie de acciones se ejecutará repetidamente. Mientras tanto, la pantalla de 7 segmentos de cuatro dígitos mostrará la cuenta regresiva continuamente.

Código

Nota

Puedes Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener el código a continuación. Pero antes de eso, necesitas ir a la ruta del código fuente como raphael-kit/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

# Configurar pines GPIO para el registro de desplazamiento 74HC595
SDI = OutputDevice(24)   # Entrada de datos en serie
RCLK = OutputDevice(23)  # Reloj del registro
SRCLK = OutputDevice(18) # Reloj del registro de desplazamiento

# Configurar 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)

# Configurar pines GPIO para los LEDs del semáforo
ledPinR = LED(25) # LED Rojo
ledPinG = LED(8)  # LED Verde
ledPinY = LED(7)  # LED Amarillo

# Configuración de duraciones para los semáforos
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

# Nombres de colores de semáforos
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

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

def setup():
    """ Inicializar el sistema de semáforos y comenzar el temporizador. """
    global timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
    timer1.start()

def clearDisplay():
    """ Limpiar la pantalla de 7 segmentos. """
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    """ Desplazar datos al registro de desplazamiento 74HC595 para la visualización de dígitos. """
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    """ Seleccionar un dígito específico para mostrar en la pantalla de 7 segmentos. """
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

def timer():
    """ Manejar el temporizador para los cambios de semáforos. """
    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"contador : {counter}    color: {lightColor[colorState]}")

def lightup():
    """ Actualizar el LED del semáforo según el estado actual. """
    global colorState
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()
    [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

def display():
    """ Mostrar el valor actual del contador en la pantalla de 7 segmentos. """
    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():
    """ Bucle principal para actualizar continuamente la pantalla y las luces. """
    while True:
        display()
        lightup()

def destroy():
    """ Limpiar los recursos cuando el script se termina. """
    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, permitiendo el control de dispositivos de salida generales y específicamente de los LEDs. Importa el módulo threading de Python, que se utilizará para crear y manejar 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), la Entrada de Reloj del Registro (RCLK) y la Entrada de Reloj del Registro de Desplazamiento (SRCLK) del registro de desplazamiento.

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

# Configurar 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. Establece la duración (en segundos) para cada estado de color en el sistema de semáforo. Define los nombres de los colores del semáforo para referencia.

# Configurar pines GPIO para los LEDs del semáforo
ledPinR = LED(25) # LED Rojo
ledPinG = LED(8)  # LED Verde
ledPinY = LED(7)  # LED Amarillo

# Configuración de duraciones para los semáforos
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

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

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

Inicializa el sistema de semáforos y comienza el hilo del temporizador.

def setup():
    """ Inicializar el sistema de semáforos y comenzar el temporizador. """
    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 al 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()

Maneja el temporizador para los cambios de semáforos 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 según el estado actual del color.

def lightup():
    """ Actualizar el LED del semáforo según el estado actual. """
    global colorState
    ledPinR.off()
    ledPinG.off()
    ledPinY.off()
    [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

Calcula el dígito a mostrar en cada segmento de la pantalla de 7 segmentos y lo actualiza en consecuencia.

def display():
    """ Mostrar el valor actual del contador en la pantalla de 7 segmentos. """
    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])

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

def loop():
    """ Bucle principal para actualizar continuamente la pantalla y las luces. """
    while True:
        display()
        lightup()

Limpia los 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()