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4.1.9 Feu de Circulation

Introduction

Dans ce projet, nous utiliserons des voyants LED de trois couleurs pour simuler le changement des feux de circulation. Un afficheur à sept segments à quatre chiffres sera utilisé pour afficher le compte à rebours de chaque état de trafic.

Composants Nécessaires

Pour ce projet, nous avons besoin des composants suivants.

../_images/4.1.12_traffic_light_list.png

Il est certainement pratique d’acheter un kit complet, voici le lien :

Nom

ÉLÉMENTS DANS CE KIT

LIEN

Kit Raphael

337

Raphael Kit

Vous pouvez également les acheter séparément via les liens ci-dessous.

INTRODUCTION AUX COMPOSANTS

LIEN D’ACHAT

Carte d’extension GPIO

ACHETER

Plaque d’expérimentation (Breadboard)

ACHETER

Fils de Liaison

ACHETER

Résistance

ACHETER

LED

ACHETER

Affichage à 7 segments 4 chiffres

-

74HC595

ACHETER

Schéma

Nom T-Board

Physique

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

Procédures Expérimentales

Étape 1 : Construisez le circuit.

../_images/4.1.12_traffic_light_circuit.png

Étape 2 : Changez de répertoire.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Étape 3 : Exécutez le fichier.

sudo python3 4.1.12_TrafficLight_zero.py

Lorsque le code s’exécute, les LED simuleront le changement de couleur des feux de circulation. D’abord, la LED rouge s’allume pendant 60s, puis la LED verte s’allume pendant 30s ; ensuite, la LED jaune s’allume pendant 5s. Après cela, la LED rouge s’allume à nouveau pendant 60s. De cette façon, cette série d’actions sera exécutée en continu. Pendant ce temps, l’afficheur à sept segments affiche en permanence le compte à rebours.

Code

Note

Vous pouvez Modifier/Réinitialiser/Copier/Exécuter/Arrêter le code ci-dessous. Mais avant cela, vous devez accéder au chemin du code source comme raphael-kit/python-pi5. Après avoir modifié le code, vous pouvez l’exécuter directement pour voir l’effet.

#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import OutputDevice, LED
import threading

# Setup GPIO pins for 74HC595 shift register
SDI = OutputDevice(24)   # Serial Data Input
RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock

# Setup GPIO pins for digit selection on 7-segment display
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Segment codes for numbers 0-9 on 7-segment display
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

# Setup GPIO pins for traffic light LEDs
ledPinR = LED(25) # Red LED
ledPinG = LED(8)  # Green LED
ledPinY = LED(7)  # Yellow LED

# Duration settings for traffic lights
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

# Traffic light color names
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

# Initialize state variables
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()

Explication du Code

  1. Importe les classes OutputDevice et LED de la bibliothèque gpiozero, permettant le contrôle des dispositifs de sortie généraux et des LED en particulier. Importe également le module threading de Python, qui sera utilisé pour créer et gérer des threads pour une exécution simultanée.

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

  2. Initialise les broches GPIO connectées à l’entrée de données série du registre à décalage (SDI), à l’entrée de l’horloge du registre (RCLK) et à l’entrée de l’horloge du registre à décalage (SRCLK).

    # Setup GPIO pins for 74HC595 shift register
SDI = OutputDevice(24)   # Serial Data Input
RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock

  3. Initialise les broches pour chaque chiffre de l’afficheur à 7 segments et définit les codes binaires pour afficher les chiffres de 0 à 9.

    # Setup GPIO pins for digit selection on 7-segment display
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Segment codes for numbers 0-9 on 7-segment display
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

  4. Initialise les broches GPIO pour les LEDs rouge, verte et jaune utilisées dans la simulation des feux de circulation. Définit la durée (en secondes) pour chaque état de couleur dans le système de feux de circulation. Définit les noms des couleurs des feux de circulation pour référence.

    # Setup GPIO pins for traffic light LEDs
ledPinR = LED(25) # Red LED
ledPinG = LED(8)  # Green LED
ledPinY = LED(7)  # Yellow LED

# Duration settings for traffic lights
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60

# Traffic light color names
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

  5. Initialise les variables pour suivre l’état actuel des couleurs, un compteur pour le chronométrage et un espace réservé pour un objet minuteur.

    # Initialize state variables
colorState = 0
counter = 60
timer1 = None

  6. Initialise le système de feux de circulation et démarre le thread du minuteur.

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

  7. Fonctions pour contrôler l’afficheur à 7 segments. clearDisplay éteint tous les segments, hc595_shift déplace les données dans le registre à décalage, et pickDigit active un chiffre spécifique sur l’afficheur.

    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()

  8. Gère le chronométrage des changements de feux de circulation et met à jour le compteur et l’état des couleurs.

    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]}")

  9. Met à jour l’état des LEDs du feu de circulation en fonction de l’état actuel des couleurs.

    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()

  10. Calcule le chiffre à afficher sur chaque segment de l’afficheur à 7 segments et le met à jour en conséquence.

    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])

  11. La boucle principale qui met continuellement à jour l’affichage et les LEDs des feux de circulation.

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

  12. Nettoie les ressources lorsque le script est terminé, comme éteindre les LEDs et arrêter le thread du minuteur.

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