.. note::

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.. _py_pi5_traffic:

3.1.7 Semáforo
========================

Introducción
---------------

En este proyecto, usaremos luces LED de tres colores para simular el cambio 
de luces de un semáforo, y se utilizará una pantalla de 7 segmentos de cuatro 
dígitos para mostrar la cuenta regresiva de cada estado del semáforo.

Componentes Necesarios
------------------------------

Para este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_list.png
    :width: 800
    :align: center

.. Es muy conveniente comprar un kit completo, aquí tienes el enlace:

.. .. list-table::
..     :widths: 20 20 20
..     :header-rows: 1

..     *   - Nombre	
..         - ELEMENTOS EN ESTE KIT
..         - ENLACE
..     *   - Kit Raphael
..         - 337
..         - |link_Raphael_kit|

.. También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

.. .. list-table::
..     :widths: 30 20
..     :header-rows: 1

..     *   - INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE
..         - ENLACE DE COMPRA

..     *   - :ref:`placa_de_extensión_gpio`
..         - |link_gpio_board_buy|
..     *   - :ref:`protoboard`
..         - |link_breadboard_buy|
..     *   - :ref:`cables`
..         - |link_wires_buy|
..     *   - :ref:`resistor`
..         - |link_resistor_buy|
..     *   - :ref:`led`
..         - |link_led_buy|
..     *   - :ref:`4_dígitos`
..         - \-
..     *   - :ref:`74hc595`
..         - |link_74hc595_buy|

Diagrama Esquemático
------------------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
GPIO25       Pin 22   6        25
SPICE0       Pin 24   10       8
SPICE1       Pin 26   11       7
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_schematic.png
   :align: center

Procedimiento Experimental
------------------------------

**Paso 1:** Conecta el circuito.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.12_traffic_light_circuit.png

**Paso 2:** Cambia al directorio de código.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**Paso 3:** Ejecuta el archivo.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 3.1.7_TrafficLight.py

Al ejecutar el código, los LED simularán el cambio de colores de un 
semáforo. Primero, el LED rojo se enciende durante 60 segundos, luego 
el LED verde se enciende durante 30 segundos y, finalmente, el LED 
amarillo se enciende durante 5 segundos. Después, el LED rojo vuelve a 
encenderse por 60 segundos. Este ciclo de acciones se repetirá continuamente. 
Mientras tanto, la pantalla de 7 segmentos de 4 dígitos muestra la cuenta 
regresiva en todo momento.

Código
----------

.. note::
    Puedes **Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener** el código a continuación. Antes de eso, necesitas ir al directorio de código fuente, como ``raphael-kit/python-pi5``. Después de modificar el código, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   from gpiozero import OutputDevice, LED
   import threading

   # Configura los pines GPIO para el registro de desplazamiento 74HC595
   SDI = OutputDevice(24)   # Entrada de Datos en Serie
   RCLK = OutputDevice(23)  # Reloj de Registro
   SRCLK = OutputDevice(18) # Reloj de Registro de Desplazamiento

   # Configura los pines GPIO para la selección de dígitos en la pantalla de 7 segmentos
   placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

   # Códigos de segmentos para los números 0-9 en la pantalla de 7 segmentos
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

   # Configura los pines GPIO para los LED del semáforo
   ledPinR = LED(25) # LED rojo
   ledPinG = LED(8)  # LED verde
   ledPinY = LED(7)  # LED amarillo

   # Configuración de duración para las luces del semáforo
   greenLight = 30
   yellowLight = 5
   redLight = 60

   # Nombres de colores de las luces del semáforo
    lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")

   # Inicialización de variables de estado
   colorState = 0
   counter = 60
   timer1 = None

   def setup():
       """ Initialize the traffic light system and start the timer. """
       global timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
       timer1.start()

   def clearDisplay():
       """ Clear the 7-segment display. """
       for _ in range(8):
           SDI.on()
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
       RCLK.on()
       RCLK.off()

   def hc595_shift(data):
       """ Shift data to the 74HC595 shift register for digit display. """
       for i in range(8):
           SDI.value = 0x80 & (data << i)
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
       RCLK.on()
       RCLK.off()

   def pickDigit(digit):
       """ Select a specific digit to display on the 7-segment display. """
       for pin in placePin:
           pin.off()
       placePin[digit].on()

   def timer():
       """ Handle the timing for traffic light changes. """
       global counter, colorState, timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
       timer1.start()
       counter -= 1
       if counter == 0:
           counter = [greenLight, yellowLight, redLight][colorState]
           colorState = (colorState + 1) % 3
       print(f"counter : {counter}    color: {lightColor[colorState]}")

   def lightup():
       """ Update the traffic light LED based on the current state. """
       global colorState
       ledPinR.off()
       ledPinG.off()
       ledPinY.off()
       [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

   def display():
       """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
       global counter

       for i in range(4):
           digit = counter // (10 ** (3 - i)) % 10
           if i == 0 and digit == 0:
               continue
           clearDisplay()
           pickDigit(3 - i)
           hc595_shift(number[digit])

   def loop():
       """ Main loop to continuously update display and lights. """
       while True:
           display()
           lightup()

   def destroy():
       """ Clean up resources when the script is terminated. """
       global timer1
       timer1.cancel()
       ledPinR.off()
       ledPinG.off()
       ledPinY.off()

   try:
       setup()
       loop()
   except KeyboardInterrupt:
       destroy()



Explicación del Código
---------------------------

#. Importa las clases ``OutputDevice`` y ``LED`` de la biblioteca gpiozero, que permiten controlar dispositivos de salida y, específicamente, LEDs. También importa el módulo threading de Python, que se usará para crear y gestionar hilos para la ejecución concurrente.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       from gpiozero import OutputDevice, LED
       import threading

#. Inicializa los pines GPIO conectados a la Entrada de Datos en Serie (SDI), el Reloj de Registro (RCLK) y el Reloj de Registro de Desplazamiento (SRCLK) del registro de desplazamiento.

   .. code-block:: python

       # Configura los pines GPIO para el registro de desplazamiento 74HC595
       SDI = OutputDevice(24)   # Entrada de Datos en Serie
       RCLK = OutputDevice(23)  # Reloj de Registro
       SRCLK = OutputDevice(18) # Reloj de Registro de Desplazamiento

#. Inicializa los pines para cada dígito de la pantalla de 7 segmentos y define los códigos binarios para mostrar los números del 0 al 9.

   .. code-block:: python

       # Configura los pines GPIO para la selección de dígitos en la pantalla de 7 segmentos
       placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

       # Códigos de segmentos para los números 0-9 en la pantalla de 7 segmentos
       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. Inicializa los pines GPIO para los LEDs rojo, verde y amarillo utilizados en la simulación del semáforo. Configura la duración (en segundos) para cada color en el sistema de semáforo. Define los nombres de los colores para referencia.

   .. code-block:: python

       # Configura los pines GPIO para los LEDs del semáforo
       ledPinR = LED(25) # LED rojo
       ledPinG = LED(8)  # LED verde
       ledPinY = LED(7)  # LED amarillo

       # Duración de las luces del semáforo
       greenLight = 30
       yellowLight = 5
       redLight = 60

       # Nombres de los colores del semáforo
       lightColor = ("Red", "Green", "Yellow")           

#. Inicializa variables para rastrear el estado de color actual, un contador para el tiempo y un marcador de posición para el objeto de temporizador.

   .. code-block:: python

       # Inicialización de variables de estado
       colorState = 0
       counter = 60
       timer1 = None

#. Inicializa el sistema de semáforo y activa el hilo del temporizador.

   .. code-block:: python

       def setup():
           """ Initialize the traffic light system and start the timer. """
           global timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
           timer1.start()

#. Funciones para controlar la pantalla de 7 segmentos. ``clearDisplay`` apaga todos los segmentos, ``hc595_shift`` desplaza datos hacia el registro de desplazamiento, y ``pickDigit`` activa un dígito específico en la pantalla.

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           """ Clear the 7-segment display. """
           for _ in range(8):
               SDI.on()
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()

       def hc595_shift(data):
           """ Shift data to the 74HC595 shift register for digit display. """
           for i in range(8):
               SDI.value = 0x80 & (data << i)
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()

       def pickDigit(digit):
           """ Select a specific digit to display on the 7-segment display. """
           for pin in placePin:
               pin.off()
           placePin[digit].on()

#. Administra la temporización para los cambios de luz del semáforo y actualiza el contador y el estado del color.

   .. code-block:: python

       def timer():
           """ Handle the timing for traffic light changes. """
           global counter, colorState, timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)
           timer1.start()
           counter -= 1
           if counter == 0:
               counter = [greenLight, yellowLight, redLight][colorState]
               colorState = (colorState + 1) % 3
           print(f"counter : {counter}    color: {lightColor[colorState]}")

#. Actualiza el estado de los LEDs del semáforo en función del estado de color actual.

   .. code-block:: python

       def lightup():
           """ Update the traffic light LED based on the current state. """
           global colorState
           ledPinR.off()
           ledPinG.off()
           ledPinY.off()
           [ledPinR, ledPinG, ledPinY][colorState].on()

#. Calcula el dígito que debe mostrarse en cada segmento de la pantalla de 7 segmentos y lo actualiza en consecuencia.

   .. code-block:: python

       def display():
           """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
           global counter

           for i in range(4):
               digit = counter // (10 ** (3 - i)) % 10
               if i == 0 and digit == 0:
                   continue
               clearDisplay()
               pickDigit(3 - i)
               hc595_shift(number[digit])

#. Bucle principal que actualiza continuamente la pantalla y los LEDs del semáforo.

   .. code-block:: python

       def loop():
           """ Main loop to continuously update display and lights. """
           while True:
               display()
               lightup()

#. Libera recursos cuando se termina el script, como apagar los LEDs y detener el hilo del temporizador.

   .. code-block:: python

       def destroy():
           """ Clean up resources when the script is terminated. """
           global timer1
           timer1.cancel()
           ledPinR.off()
           ledPinG.off()
           ledPinY.off()