1　项目介绍

目标：制作一个交通灯控制器

具体要求：仿真马路上的交通灯的工作状态切换，利用板上的LED灯的红、黄、绿三种颜色切换显示道路状态的切换，行人按键时，具有优先功能，下一轮红灯亮时会发出蜂鸣警报，提醒行人。

实现方式：利用板上的LED灯模拟交通灯，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。

2　设计思路

首先完成最基本的交通灯红、黄、绿颜色切换功能，通过ws2812b函数控制板卡上的一圈12个led灯的颜色变化与开关，然后通过time函数控制不同颜色信号灯持续的时间。

然后，通过button函数获取板卡上K1的控制，程序能够检测，当按下K1后进行反馈，在下一轮的红灯亮时进行蜂鸣提醒以及屏幕上显示“Please Go！”提醒。最后是功能拓展，通过利用oled函数，在屏幕上显示各种颜色信号灯的剩余持续时间，即完成一个倒计时功能，在各种颜色信号灯亮的同时，屏幕上会显示“Time： i  S”，其中i是该信号灯的剩余时间。

3　软件流程图

图3-1 是软件工作流程图。从图中可以看出，当完成一轮信号灯工作之后才会检测是否按下K1键，检测到按下K1键之后，会进行相应的工作，即红灯亮、发出蜂鸣警报、屏幕显示提示信息。之后会检测在这次蜂鸣警报期间是否再次按下K1键，如果检测为是，则继续延长红灯时间，并且发出提示；如果检测为否，之后便会继续进行新的一轮信号灯工作循环，这就起到了延长红灯持续时间的效果。

图3-1　流程图

4　硬件介绍

图4-1、4-2是这次所用的板卡展示图。其中主要功能包括两个按键（K1、K2）、4种不同颜色的LED灯（LED_Y、LED_R、LED_G、LED_B）、１２个RGB LED（可改变颜色）、一个蜂鸣器（BUZZER）、模拟输入（电位计输入、Microphone输入）、OLED显示、姿态传感器等等。在这次项目中主要用到板卡下侧的RUN按键、左侧的K1按键、上侧的蜂鸣器，还有板卡中间的显示屏以及周围一圈12个LED灯。

图4-1（左）、图4-2（右）

5　完成的功能及达到的性能 5.1 红、黄、绿三种颜色切换

运行程序之后，12个RGB　LED灯会由“红”、“黄”、“绿”、“黄”、“红”的顺序循环变化，其中红灯持续时间设置为8秒，黄灯3秒，绿灯8秒。具体如图5-1、图5-２、图5-３。

图5-1　红灯

图5-2　黄灯

图5-3　绿灯

5.2 行人按键优先功能

当按下“K1”后，在下一轮交通灯变化时，就会有蜂鸣警报并且有提示“Please Go！”，同时，起到延长红灯持续时间，便于行人通行的作用。如图５-4。

图5-4　提示

5.3 信号灯剩余时间倒计时功能

在交通灯开始工作后，可以看到在屏幕上会出现“Time： i S”，其中i是剩余时间。具体见图５-1、图５-2、图５-3。

6　主要代码片段及说明 6.1 主要变量函数说明

def print_j(msg):          #屏幕显示        
    oled.text(msg,0,30)
    oled.show()
    oled.fill(0)

通过调用oled函数定义print_j，可以通过print_j完成在屏幕显示文本；

def xunhuang(cishu):            #剩余时间倒计时
    for i in range(cishu):
        print_j("Time: "+str(cishu-i)+" S")
        time.sleep(1)

结合time函数与之前定义的print_j函数，利用循环语句，根据输入的次数（预设的倒计时开始时间），完成倒计时功能，并在屏幕上以“Time： i  S”的形式显示，其中i是剩余时间；

def pitch(frequency,duration=0):     #蜂鸣声警报
    pwm.freq(frequency)
    pwm.duty_u16(3000)
    time.sleep_ms(duration)

蜂鸣声警报函数的定义，方便在后面的主函数中使用；

def red_light():                  #设置红灯亮、黄灯亮、绿灯亮
    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")

通过调用ws2812b函数来控制板卡上RGB LED灯的开关以及颜色变化，实现红灯亮、黄灯亮、绿灯亮的效果。

6.2 主要循环函数说明

while True:
    if k1.value()==True:       #判断行人是否按下按钮
        red_light()            #延长红灯时间
        print_j("Please Go!")
        for i in range(0,10):             #发出警报，提醒行人
            for freq in range(352, 1760, 16):
                pitch(freq, 3)
            for freq in range(1760, 352, -16):
                pitch(freq, 3)
        pwm.deinit()               #关闭警报
    else:
        red_light()         
        xunhuang(8)         #红灯亮8秒，同时进行倒计时
        yellow_light()
        xunhuang(3)          #黄灯亮3秒，同时进行倒计时
        green_light()
        xunhuang(8)           #绿灯亮8秒，同时进行倒计时
        yellow_light()
        xunhuang(3)          #黄灯亮3秒，同时进行倒计时

当程序开始运行后，便主要围绕这个循环实现交通灯的控制。在程序刚开始运行第一次循环时，由于无法检测K1键之前的状态，会直接进行一次红绿灯的规律变化。而在之后的每轮循环开始时会进行判断之前的循环中是否按下K1键，即模拟行人是否按键，如果检测到按下了K1键则会延长红灯时间并且进行蜂鸣警报，而且，如果在警报期间再次按下K1键，则会继续执行红灯延长，发出提醒的功能，直到检测为否，进行红绿灯规律变化。

7　遇到的主要难题及解决方法

在本次活动中，我遇到的主要问题是第一次接触这种嵌入式系统的学习，但在学习的过程中有相关课程的帮助我逐渐熟悉了相关的操作。通过课程学习，完成了软件环境的安装。在选定项目2制作交通灯控制器之后，我看了相关的课程讲解，能够跟上老师的进度，顺利完成了项目的基础功能，能够完成模拟马路上的交通灯切换，行人按键后具有优先功能。之后主要的问题是如何添加额外功能，我初步设想是增加一个倒计时功能，在屏幕上显示出信号灯剩余的时间。通过继续学习相关课程，了解到了oled函数，通过调用oled函数完成了在屏幕上显示倒计时。之后也学习了buzzer函数的相关内容，对蜂鸣警报的声音进行改变。

8　未来的计划

在本次活动中我学习到了如何利用Micro Python在Thonny上进行软件编程，对基于STEP Pico的嵌入式系统学习也有了基本认识，通过课程学习，最后完成了项目2，同时也添加了一些额外功能。

本次活动极大的激发了我对于嵌入式系统学习的兴趣，也希望继续学习嵌入式系统达的相关知识。在本次活动结束之后，我想继续去做=完成课程中的其他几个有趣的项目，之后自己去网上了解学习更多的有关应用。

最后，非常感谢硬禾学堂能够提供这样一次学习认识嵌入式系统的机会，在完成项目的过程中我收获颇丰，希望以后能够继续参加硬禾学堂的活动。