基于STEP Pico制作一个交通灯控制器

内容介绍

项目总结报告

本次我参与的寒假一起练平台是基于STEP Pico的嵌入式系统学习平台，由于我是Pico的初学者，因此我选择的个人完成项目是制作一个交通灯控制器，该项目主要是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；因此可以利用Pico板上的3个不同颜色的LED灯带模拟交通灯，并且对按键状态进行中断和查询，即可实现按键控制交通灯。

本次使用的是STEP Pico嵌入式学习平台，它是一款低成本，高性能的微控制器开发板，具有灵活数字接口。硬件上，采用Raspberry Pi官方自主研发的RP2040微控制器芯片，搭载了ARM CortexMO+双核处理器，高达133MHz的运行频率，内置了264KB SRAM和2MB闪存，还板载有多达26个多功能的GPIO引脚；软件上，可选择树莓派提供的C/C++SDK，或者使用MicroPython进行开发且配套有完善的开发资料教程，可方便快速入门开发并嵌入到产品中。

本次项目的设计框图如下

FsKRoGN07Tk2nhsqW9dVS4hypoli

软件流程图如下

FqZUYW5-LdgSIi3AL2IU22nGasAL

主要实现的功能为轮流点亮led灯带，顺序切换红、黄、绿三种交通灯的颜色，绿灯结束后回到黄灯状态，再回到红灯状态，至此结束一个基本循环，当有行人按按键时，即开发板上的按钮按下时，内部状态置1，程序在每轮循环的绿灯结束时查询按钮状态，当按钮状态为1时，延长当次绿灯时间并播放警报声提醒行人尽快通过；这就是程序实现的基本功能。

首先是红灯亮起

Fhy75CXSmLk-Ftykq5VyJemT4dBN

红灯结束后黄灯亮起

Fqzr1PIuBCMdiOGyG5N85u5_Bp2n

黄灯结束后绿灯亮起

FmVqf-UGgD0czUn8ln5iecJKYGm3

下面介绍本次使用的代码部分

import time
import ws2812b
from button import k1
from machine import PWM, Pin
from board import pin_cfg
pwm = PWM(Pin(pin_cfg.buzzer))
def pitch(frequency, duration=0):
    pwm.freq(frequency)
    pwm.duty_u16(3000)
    time.sleep_ms(duration)
def red():
    for i in range(1, 13):
        ws2812b.on(i,"#ff0000")
def yellow():
    for i in range(1, 13):
        ws2812b.on(i,"#ffff00")
def green():
    for i in range(1, 13):
        ws2812b.on(i,"#00ff00")

该代码段是基本的定义段，定义了各时间变量、led灯变量、按钮变量以及蜂鸣器所需的脉冲信号变量，pitch函数定义的是蜂鸣器脉冲信号控制变量，red、yellow、green函数是led灯颜色的定义函数。

while True:
    red()
    time.sleep(8)
    yellow()
    time.sleep(3)
    green()
    time.sleep(8)
    if k1.value() == True:
        green()
        print("start")
        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("end")
        pwm.deinit()
    yellow()
    time.sleep(3)

该代码段是主循环段，优先使led点亮红色，使用time.sleep()来控制该颜色所持续的时间，8秒后，led更改为黄色，持续3秒，之后变为绿色，持续8秒，此时程序查询k1按钮的内部状态，若k1按钮按下，则内部状态置位1，进入绿灯延长状态，led为绿色，在shell栏中打印‘start’来帮助我们验证程序是否进入绿灯延长状态，接下来使用循环嵌套结构来播放蜂鸣器警报，脉冲信号循环10次，结束后在shell栏中打印‘end’，验证绿灯延长状态是否结束，并结束脉冲信号，此时绿灯状态结束，进入黄灯状态，持续3秒，时间结束后结束本轮循环，再没有外界中断指令时程序回到红灯状态，进入第二轮循环。如果在单轮循环中绿灯持续时间结束后，k1按钮被按下，那么状态将持续至下一轮循环，下一轮绿灯时间结束后进入绿灯延长状态。

由于我是初学者，因此在本次活动中，我对开发板所需要的环境进行搭建时出现了很多问题，在看老师直播课时就有很多地方不是很理解，但是为了能够顺利进行嵌入式学习，我边看边查资料，一点一点进行环境搭建，其中尤其是GitHub的SSH keys添加，我没有提前下载Git Bash，因此在看老师演示时根本手足无措，后来下载安装过之后问题也才得以解决。

正式编程时，我在进行变量定义时，虽然知道相对应的定义类型，例如将led灯变量定义为import，但是在运行时总是报错，我查阅资料也发现LED灯应该定义为import，最后发现报错是因为LED灯需要添加库，在开发板上添加相应的库文件就解决了问题，后续的蜂鸣器也是类似的解决办法；另外，在LED灯代码部分编写时，我所编写的代码只能点亮12颗led灯中的前11颗，后来查阅资料才得知，range后面括号里所描述的是左闭右开区间，因此若想控制全部12颗led灯，那么需要写明1到13。

至此利用STEP Pico嵌入式开发板制作一个交通灯控制器的基本功能均已实现，经过测试程序运行流畅，灯带和按键状态良好，不过老师在直播课里提到过可以瞬间刷新12颗led灯的异步控制方法，即总线法，但是我目前所掌握的知识不足以立刻理解这种相对复杂的方法，因此我会跟着老师的课程去进一步学习新的方法，并且尝试进行其他项目的编程，争取对STEP Pico开发板有一个更深入、更全面的了解和掌握。