项目总结报告

本项目是基于STEP pico 的嵌入式学习开发平台，通过thonny软件编程，实现一个简易的交通信号灯。

设计的思路为：参考现实中的交通信号灯，信号灯在“红、黄、绿、黄、红、黄、绿…”循环往复，最基本的循环单元为“红、黄、绿、黄”，其中，红灯、黄灯、绿灯亮起的持续时间不同，基于此原理，可以通过thonny软件编写一个基本的循环，实现红、黄、绿灯依次亮起并在持续一段时间后熄灭。

至此，可以实现一个基本的简易交通信号灯功能，在此基础上添加功能，例如：通过按键控制交通信号灯，在key1键按下后，结束循环，使红灯亮起。

在此基础上再次优化，可以通过key2键控制黄灯，使其亮起时间延长。完整流程图如下：

至此，简易交通信号灯的设计和优化结束。接下来看具体代码实现和实际效果。

本项目使用的硬件系统如下：

树莓派Pico开发板硬件接口扩展引脚排列见图1所示

ESP01S无线WiFi模块基于ESP8266芯片，其主要特性如下：

•工作电压：+3.3 V(官方手册给出的外接电源参数：2.7V~3.6V，Imax>500mA)

•接口：可使用AT命令与UART串口进行串行通信

•集成TCP/IP协议栈

•802.11 b/g /n通信协议

•使用时无须接外部元件

ESP01S模块通过其TX和RX串口引脚与树莓派Pico进行通信，ESP01S模块接口信号引脚说明如下：

(1) VCC：3.3V电源

(2) GND：接地

(3) GPIO0-Flash：GPIO引脚，将该引脚连接到+3.3V为运行模式，连接到GND为下载模式

(4) GPIO2：GPIO引脚

(5) RST/GPIO16：复位引脚(若使用ESP01模块，运行模式须将该引脚上拉接；若使用ESP01S模块，运行模式可将该引脚悬空)

(6) EN/CH_PD：芯片使能引脚(若使用ESP01模块，运行模式须将该引脚上拉接；若使用ESP01S模块，运行模式可将该引脚悬空)

(7) TX/GPIO0：串行数据发送信号

(8) RX/GPIO3：串行数据接收信号

从ESP01S无线WiFi模块知，ESP-01S无线WiFi模块供电电压范围为2.7V-3.6V，最大电流Imax>500mA。树莓派Pico硬件接口扩展引脚3V3(OUT)为3.3V直流电源，我们可用该直流电源对ESP-01S无线WiFi模块进行供电，但该电源最大输出电流仅有300mA。为确保系统工作更加稳定可靠，这里采用带开关电池盒的两节5号电池串联对ESP01S无线WiFi模块进行供电(见图2)。当然，我们也可直接用3.0V-3.6V直流稳压电源对ESP01S供电，或者将4.75V-12V 直流稳压电源(如5V直流电压)连接到ASM1117三端稳压器模块的输入端在输出端产生3.3V电源对ESP-01S进行供电等(ASM1117：输入电压范围4.75V~12V, 输出电压3.3V)。

在图2中，树莓派Pico扩展口与ESP01S无线WiFi连接信号如下：Pico UART1 RX与ESP01S TX连接，Pico UART1 TX与ESP01S RX连接，Pico GND、ESP01S GND都和电池盒电源的负极(黑线)共地连接，ESP01S VCC与电池盒电源的正极(红线)连接。

设Pico UART1串口通信速率为115200 bps，采用MicroPython对Pico UART1串口进行初始化设置的程序片段如下：

from machine import UART

uart1 = UART(1,baudrate=115200,rx=Pin(9),tx=Pin(4)) #ESP01S出厂时的波特率为115200

在本项目中，主要使用了外设硬件中的12个三色LED灯，两个按键以及一个蜂鸣器实现简易交通信号灯的功能，

实现的功能包括：仿真马路上的交通灯的工作状态切换，利用板上的红、黄、绿三种颜色的LED显示道路状态的切换，行人按键时，具有优先功能。

实现方式为：利用板上的3个不同颜色的LED模拟交通灯，程序会轮流切换三个灯的状态，并根据按键的输入（中断或查询机制）调整交通灯的切换。

主要代码如下：

from button import k1, k2
from board import pin_cfg
import time
import ws2812b
from machine import PWM, Pin
#以上为调用的库，并设置基本变量
#将蜂鸣器和红灯、黄灯、绿灯设置为函数的形式，方便之后调用
pwm = PWM(Pin(pin_cfg.buzzer))
def pitch(frequency, duration = 0):
    pwm.freq(frequency)
    pwm.duty_u16(3000)
    time.sleep_ms(duration)
#通过调用库，设置红灯、黄灯、绿灯的基本状态
    
def red_light():
    for i in range(1,13):
        ws2812b.on(i,"#ff0000")
def yellow_light():
    for i in range(1,13):
        ws2812b.on(i,"#ffff00")
def green_light():
    for i in range(1,13):
        ws2812b.on(i,"#00ff00")
while True:
    
    if k1.value() == True: #判断key1键状态，按下，则红灯亮起
        red_light()
        print("+5 start") #调用蜂鸣器，设置蜂鸣器基本状态
        for i in range(10):
            for freq in range(880, 1760, 16):
                pitch(freq, 6)
            for freq in range(1760, 880, -16):
                pitch(freq, 6)
        print("+5 end")
        pwm.deinit() #蜂鸣器发声
    else:
        if k2.value() == True:#转为key2键状态判断，若按下，则黄灯亮起并持续5秒
            yellow_light()
            time.sleep(5)
        else:          #基本大循环，分别实现红灯、黄灯、绿灯、黄灯循环亮起
            red_light() #红灯亮起，持续5秒
            time.sleep(5)
            yellow_light()#黄灯亮起，持续2秒
            time.sleep(2)
            green_light()#绿灯亮起，持续5秒
            time.sleep(5)
            yellow_light()#黄灯亮起，持续2秒
            time.sleep(2)
            #一次循环结束，执行下次循环

通过两个按键状态的判断实现信号灯状态的切换。具体代码的功能请看代码段的注释。

实现效果展示（此处仅展示各颜色灯亮起状态，具体动态功能请观看上传的展示视频）：

具体切换功能还需要通过上传的视频进行展示。

在这次项目的完成过程中，我遇到的最大问题是对Python语言语法的不熟悉，在编写过程中查阅了很多资料，也通过这一过程了解到Python语言相比于其他语言有属于自己的一大优势，我也对这一语言有很大的兴趣。

通过这次项目活动，我对于嵌入式开发学习产生了浓厚的兴趣，同时也对VHDL等一系列硬件语言产生了兴趣，以后我可能会踏足这一行业，学习更多的硬件开发知识。