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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.

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome	ELEMENTI NEL KIT	LINK
Kit Raphael	337	Raphael Kit

Puoi anche acquistare i componenti separatamente dai link qui sotto.

INTRODUZIONE AI COMPONENTI	LINK D’ACQUISTO
Scheda di estensione GPIO	ACQUISTA
Breadboard	ACQUISTA
Cavi Jumper	ACQUISTA
Resistore	ACQUISTA
LED	ACQUISTA
Display a 7 Segmenti da 4 Cifre	-
74HC595	ACQUISTA

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

Procedure Sperimentali

Passo 1: Costruisci il circuito.

Passo 2: Cambia directory.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Passo 3: Esegui.

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 accenderà 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

Nota

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.

#!/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

1. 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.

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

2. 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.

   # 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
   

3. Inizializza i pin per ciascuna cifra del display a sette segmenti e definisce i codici binari per visualizzare i numeri da 0 a 9.

   # 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)
   

4. 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.

   # 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")
   

5. Inizializza variabili per tracciare lo stato attuale del colore, un contatore per il tempo e un segnaposto per un oggetto timer.

   # Inizializza le variabili di stato
   colorState = 0
   counter = 60
   timer1 = None
   

6. Inizializza il sistema semaforico e avvia il thread del timer.

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

7. 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.

   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. Gestisce il tempo di cambio delle luci del semaforo e aggiorna il contatore e lo stato del colore.

   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. Aggiorna lo stato dei LED del semaforo in base allo stato corrente del colore.

   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. Calcola la cifra da visualizzare su ciascun segmento del display a sette segmenti e lo aggiorna di conseguenza.

    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. Il ciclo principale che aggiorna continuamente il display e i LED del semaforo.

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

12. Pulisce le risorse quando lo script viene terminato, spegnendo i LED e fermando il thread del timer.

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