.. note::
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.. _4.1.12_py_pi5:
4.1.9 Semaforo
========================
Introduzione
---------------
In questo progetto, utilizzeremo luci LED di tre colori per simulare il
cambio delle luci del semaforo e un display a sette segmenti a quattro cifre
per visualizzare il tempo di ciascuno stato del traffico.
Componenti Necessari
------------------------------
In questo progetto, ci servono i seguenti componenti.
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_list.png
:width: 800
:align: center
È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:
.. list-table::
:widths: 20 20 20
:header-rows: 1
* - Nome
- ELEMENTI NEL KIT
- LINK
* - Kit Raphael
- 337
- |link_Raphael_kit|
Puoi anche acquistare i componenti separatamente dai link qui sotto.
.. list-table::
:widths: 30 20
:header-rows: 1
* - INTRODUZIONE AI COMPONENTI
- LINK D'ACQUISTO
* - :ref:`cpn_gpio_extension_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|
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
---------------------------
**Passo 1:** Costruisci il circuito.
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_circuit.png
**Passo 2:** Cambia directory.
.. raw:: html
.. code-block::
cd ~/raphael-kit/python-pi5
**Passo 3:** Esegui.
.. raw:: html
.. code-block::
sudo python3 4.1.12_TrafficLight_zero.py
Durante l'esecuzione del codice, i LED simuleranno il cambiamento dei
colori delle luci del semaforo. Inizialmente, il LED rosso si accenderà per 60s,
poi si accenderà il LED verde per 30s; successivamente, il LED giallo si accenderÃ
per 5s. Dopodiché, il LED rosso si riaccenderà per altri 60s. Questo ciclo
di azioni verrà eseguito ripetutamente. Nel frattempo, il display a sette segmenti
a quattro cifre visualizzerà continuamente il conto alla rovescia.
Codice
----------
.. note::
Puoi **Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto. Ma prima devi accedere al percorso del codice sorgente come ``raphael-kit/python-pi5``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.
.. raw:: html
.. code-block:: python
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, LED
import threading
# Configura i pin GPIO per il registro a scorrimento 74HC595
SDI = OutputDevice(24) # Input Dati Seriali
RCLK = OutputDevice(23) # Clock Registro
SRCLK = OutputDevice(18) # Clock Registro a Scorrimento
# Configura i pin GPIO per la selezione delle cifre sul display a sette segmenti
placePin = [OutputDevice(pin) per pin in (10, 22, 27, 17)]
# Codici dei segmenti per i numeri 0-9 sul display a sette segmenti
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)
# Configura i pin GPIO per i LED del semaforo
ledPinR = LED(25) # LED Rosso
ledPinG = LED(8) # LED Verde
ledPinY = LED(7) # LED Giallo
# Impostazioni della durata delle luci del semaforo
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60
# Nomi dei colori delle luci del semaforo
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")
# Inizializza le 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, permettendo il controllo di dispositivi di uscita generali e specificamente dei LED. Importa il modulo threading di Python, che sarà 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 Seriali (SDI), all'Input Clock Registro (RCLK) e all'Input Clock Registro a Scorrimento (SRCLK) del registro a scorrimento.
.. code-block:: python
# Configura i pin GPIO per il registro a scorrimento 74HC595
SDI = OutputDevice(24) # Input Dati Seriali
RCLK = OutputDevice(23) # Clock Registro
SRCLK = OutputDevice(18) # Clock Registro a Scorrimento
#. Inizializza i pin per ciascuna cifra del display a sette segmenti e definisce i codici binari per visualizzare i numeri da 0 a 9.
.. code-block:: python
# Configura i pin GPIO per la selezione delle cifre sul display a sette segmenti
placePin = [OutputDevice(pin) per pin in (10, 22, 27, 17)]
# Codici dei segmenti per i numeri 0-9 sul display a sette 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) di ciascuno stato colorato nel sistema semaforico. Definisce i nomi dei colori del semaforo per riferimento.
.. code-block:: python
# Configura i pin GPIO per i LED del semaforo
ledPinR = LED(25) # LED Rosso
ledPinG = LED(8) # LED Verde
ledPinY = LED(7) # LED Giallo
# Impostazioni della durata delle luci del semaforo
greenLight = 30
yellowLight = 5
redLight = 60
# Nomi dei colori delle luci del semaforo
lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")
#. Inizializza variabili per tracciare lo stato attuale del colore, un contatore per il tempo e un segnaposto per un oggetto timer.
.. code-block:: python
# Inizializza le 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 sette 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 tempo di cambio delle luci 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 corrente del colore.
.. 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 sette 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()
#. Pulisce 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()