一、项目介绍

        交通灯在日常生活中随处可见，尤其是在一线城市，一个交通灯的损坏，或会引发一场交通事故，或会造成交通堵成长龙，上班族迟到的后果。之前有采用51单片机制作过交通灯控制面板，使用C语言开发。此次在硬禾的Step Pico板子上，有4颗LED灯，分别为R(红色)，G(绿色)，B(蓝色)，Y(黄色)，由于交通灯为三色，故使用其中的R(红色)，G(绿色)，Y(黄色)灯来仿真实际生活中交通灯的工作状态。注：由于板上蜂鸣器声音过小，所以笔者外接自购的蜂鸣器。

        项目中指示灯无人控制下，三盏灯的运作状态如下：

①、开始红色LED点亮，OLED屏显示行人图样。此时车辆禁止通行，行人可顺利通过。

②、红色LED与黄色LED同时闪烁3秒，提醒行人即将禁止通过，司机做好开车准备。

③、绿色LED点亮，OLED熄屏，此时车辆可顺利通行，行人禁止通过马路。

④、绿色LED与黄色LED同时闪烁3秒，提醒司机即将禁止通行，行人做好通过马路的准备。

二、设计思路

       由于只是借助pico板上集成的3盏LED灯，模拟单条马路上，车辆与行人有序安全通过，行人观察LED灯状态可能需要斜眼查看，因此引入按钮+OLED屏+蜂鸣器来提醒行人高效出行。

          为了确保行人更安全通过，这里引入按钮控制交通灯状态，当有行人按了按钮后，产生一个标识状态，当运行的线程到下一周期的行人可通过状态，响起蜂鸣器提示行人，并等蜂鸣器停止鸣叫之后，继续进行默认的红灯点亮时长，再加上黄灯的闪烁环节，这样更有保障。

设计框图如下：

三、硬件资源

       Step Pico板上资源丰富，交通灯项目运用到硬件资源有：RP2040微控制器，按键K1，OLED屏，蜂鸣器，R、G、Y三颗指示灯，这里着重介绍一下RP2040微控制器。

◆ 双核Arm Cortex M0 +处理器，时钟频率高达133 MHz

◆ 264KB的SRAM和2MB的板载闪存

◆ 通过USB使用大容量存储进行拖放编程

◆ 26个多功能GPIO引脚

◆ 2个SPI，2个I2C，2个UART，3个12位ADC，16个可控PWM通道

◆ 片上准确的时钟和计时器

RP2040通过焊接在板上的排针与底板相连接，使用的硬件连线示意图如下：

电路原理图如下：

四、实现功能

         引入线程，行人通过按钮来开启全局标志变量button_pressed，当主线程执行到检测标志变量button_pressed时，为真时则触发蜂鸣器，并将标志变量button_pressed关闭；为假时则不用跳转到另一线程。按键稍加延时，用以消抖。为了确保每次OLED屏周期性从初始位显屏，将在子线程中设置X坐标为-64；为确保每次熄屏后不残留图样信息，稍加延时消隐处理。

软件流程图如下：

五、图片展示

六、主要代码片段展示

import machine         #导入machine库
import utime             #导入utime库
import _thread          #导入thread库

from machine import SPI, Pin
from ssd1306 import SSD1306_SPI
import framebuf
from astronaut import frames       #从astronaut图形库中引入frames变量，需要在同一目录下加载astronaut.py文件
from board import pin_cfg
import gc

global button_pressed                   #定义按键是否按下的全局变量
button_pressed = False

led_red = machine.Pin(26,machine.Pin.OUT)                                #配置红灯的管脚属性
led_yellow = machine.Pin(20,machine.Pin.OUT)                           #配置黄灯的管脚属性
led_green = machine.Pin(22,machine.Pin.OUT)                            #配置绿灯的管脚属性
button = machine.Pin(12,machine.Pin.IN,machine.Pin.PULL_UP) #配置按键的管脚属性
buzzer =  machine.Pin(19,machine.Pin.OUT)                                #配置蜂鸣器的管脚属性

spi = SPI(1, 100000, mosi=Pin(pin_cfg.spi1_mosi), sck=Pin(pin_cfg.spi1_sck))    #配置SPI的管脚及波特率等属性
oled = SSD1306_SPI(128, 64, spi, Pin(pin_cfg.spi1_dc),Pin(pin_cfg.spi1_rstn), Pin(pin_cfg.spi1_cs))  #定义OLED采用SPI驱动的管脚配置
oled.fill(0)       #初始化清屏      
state = 1        #点亮OLED屏

def oled_display_loop():
    global state                         #点亮屏的全局标志位
    global button_pressed        #按键被触发的全局标志位
    x = -64                                #每次刷图的X坐标的起始点
    fb = [framebuf.FrameBuffer(frames[fr], 64, 64, framebuf.MONO_HLSB)     #调用astronaut图形库中的每一帧数组文件
          for fr in range(0, 48)]
    while True:
        if button.value() == 0:             #读取按键IO口是否为低电平，为低则触发了按键，标志位置true
            button_pressed = True
        utime.sleep(0.02)                    #按键消抖延时处理
        for fr in range(0, 48):
            if state == 0:                      #确保每次熄屏再次亮屏时，图样从固定起始位刷出，故对X坐标赋固定值
                x = -64
                continue
            oled.blit(fb[fr], x, 0)            #OLED读取fb数组文件
            gc.collect()
            utime.sleep_ms(1)
            if x < 128:                           #每隔1ms则X左移一个坐标
                x = x + 1
            else:
                x = -64
            print(x)
            oled.show()                        #OLED显示   
            
_thread.start_new_thread(oled_display_loop, ())   #启动OLED显示线程

while True:
    if button_pressed == True:
        state = 1
        led_red.value(1)         #有按键被按下触发过，说明有行人需要通过马路
        led_green.value(0)     #只亮红灯，禁止车辆通行
        led_yellow.value(0)   
        for i in range(20):      #蜂鸣器鸣叫20次，提醒行人可放心通过马路
            buzzer.value(1)
            utime.sleep(0.2)
            buzzer.value(0)
            utime.sleep(0.2)
        global button_pressed
        button_pressed = False   #释放按键被触发的状态标志位
    state = 1                              #点亮OLED屏，显示Astronaut图样
    led_red.value(1)                   #红灯常亮5秒，行人可通过马路，车辆禁止同行
    led_green.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(5)
    led_red.value(1)                  #红灯与黄灯同时闪烁3s，提醒行人将要禁止通过状态
    led_yellow.value(1)             #此时提醒开车司机即将通行，做好驾车准备
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(1)
    led_yellow.value(1)
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(1)
    led_yellow.value(1)
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(1)
    led_yellow.value(1)
    state = 0                        #熄灭OLED屏
    oled.fill(0)                      #清屏处理
    utime.sleep(0.5)
    oled.fill(0)                      #确保无残留图样
    utime.sleep(0.5)
    led_red.value(0)
    led_green.value(1)        #绿灯常亮5秒，车辆可同行，行人禁止通过马路
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(5)
    led_yellow.value(1)       #绿灯与黄灯同时闪烁3s，提醒司机即将禁止通行
    utime.sleep(0.5)             
    led_green.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_green.value(1)
    led_yellow.value(1)
    utime.sleep(0.5)
    led_green.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_green.value(1)
    led_yellow.value(1)
    utime.sleep(0.5)
    led_green.value(0)
    led_yellow.value(0)
    utime.sleep(0.5)
    led_green.value(1)
    led_yellow.value(1)
    

值得注意的是，正如视频https://v.youku.com/v_show/id_XNTk0NjYzMzE0MA==.html中介绍的内容一样，加载上述功能代码时，需要通过“Thonny”工具将必备的bsp文件拷贝到pico板中，才能正常调用封装好的库，否则运行时会报找不到相应的库。

七、遇到的主要难题

         经过多次调试、检测，发现虽然通过增加延时时长、熄屏次数可以改善OLED残留图像的现象，但这种消隐的做法以牺牲时长、刷屏频率为代价，影响代码的高效执行。

八、未来的计划

         经过此次的项目实践，了解了MicroPython的基本语法，以及Thonny工具的简要运用。对比C语言的开发，MicroPython语言显得很简易，无需详细得了解底层驱动过程。对于bsp板级支持py文件的实现，还有很多不解的地方，后续计划对MicroPython语言更深入理解，由于手头没有多余的LED模块，加上时间不是很充裕，所以只用到板上的单色LED指示灯作为模拟的单路交通灯，如果后续条件允许，可以考虑做多路十字交通灯控制程序。