1.项目描述

本实验是基于STEP Pico的嵌入式系统的学习，经过选择我决定使用树莓派Pico的开发板和micropython语言设计一个交通灯控制器

2.设计思路

实验计划使用开发板上的12个ws2812b彩色灯作为交通灯模型，以红绿黄三种灯色分别代表交通灯的颜色，在某一种交通灯亮时全部led灯均显示该颜色持续一段时间，随后根据现实交通规则进行变换，并根据按键的输入（中断或查询机制）调整交通灯的切换

3.流程原理图

4.硬件介绍

基于树莓派Pico的嵌入式系统学习平台专为嵌入式系统学习而设计，其可以通过C/C++以及MicroPython编程来学习嵌入式系统的工作原理和应用。板卡硬件由2个按键输入，4个单色LED，12个WS2812B RGB三色灯，1个姿态传感器，1个128*64 OLED显示屏，1个蜂鸣器，1个可调电位计（用于电压表），1路音频信号输入（用于示波器），8位R-2R电阻网络构成的DAC（用于DDS信号发生器）构成，下图为板卡的核心板引脚图

5.实现功能

12个ws2812bLED灯按照红绿黄灯依次变换，红灯和绿灯亮起时间均为5s，黄灯为2s，若按下k1按键，在红灯时将红灯时长增加5s和蜂鸣器发声，若为绿灯或者黄灯，则再下次红灯亮时增加5s和蜂鸣器发声

6.主要代码片段及说明

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")

定义了三个函数方便控制三种颜色灯的变换

while True:
    red()
    time.sleep(5)
    if k1.value() == True:
        red()
        time.sleep(5)
        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)
        pwm.deinit()
    green()
    time.sleep(5)
    yellow()
    time.sleep(2)

主函数部分，包含灯色变换逻辑，k1为发送请求的按键，判断条件放置在红灯亮完之后，避免出现在红灯时按下k1后要到下一个循环才延长五秒的情况，if语句之中的循环为控制蜂鸣器开关的代码

pwm = PWM(Pin(pin_cfg.buzzer))

def pitch(frequency,duration=0):
    pwm.freq(frequency)
    pwm.duty_u16(3000)
    time.sleep_ms(duration)

控制蜂鸣器的模块，能改变发声频率和发声时间

import time
import ws2812b
from button import k1,k2
from machine import PWM,Pin
from board import pin_cfg

引用模块，包含了time库还有控制彩灯的ws2812b和按钮k1等开发板部件的模块

总体代码如下：

import time
import ws2812b
from button import k1,k2
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")
while True:
    red()
    time.sleep(5)
    if k1.value() == True:
        red()
        time.sleep(5)
        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)
        pwm.deinit()
    green()
    time.sleep(5)
    yellow()
    time.sleep(2)

7.遇到的困难及解决方案

刚开始时不清楚k1按钮发送请求的判断时间，将if语句放置在红灯亮之前，然后会发现在本次循环红灯亮时按下k1，只有到下一次循环开始时红灯才会延长5s的时间，与现实不符，然后重新整理了一遍逻辑，明白了无论什么时候按下按键，程序都会将请求存储起来，当语句执行到if语句时就会进入条件语句，所以将if放置在红灯之后就能很好的解决这个问题。

8.未来的计划与建议

学习完成了该嵌入式系统的设计，我感觉对其产生了浓厚的兴趣，自己以后也希望学习更多的嵌入式开发经验，例如使用c/c++开发等等，未来找工作的方向也会向嵌入式靠拢。我对这次实验的建议是可以多多扩展学习的方向，不仅仅局限于micopython开发，而是让我们自主选择使用c/c++或者micopython进行开发。