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.. _4.1.12_py:

4.1.12 Semaforo
========================

Introduzione
---------------

In questo progetto, utilizzeremo LED di tre colori per simulare il cambio dei 
semafori e utilizzeremo un display a quattro cifre a 7 segmenti per visualizzare 
il conto alla rovescia di ciascuno stato del traffico.

Componenti necessari
------------------------------

In questo progetto, avremo bisogno dei seguenti componenti.

.. image:: ../img/list_Traffic_Light.png
    :align: center

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link: 

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

    *   - Nome	
        - ELEMENTI IN QUESTO KIT
        - LINK
    *   - Kit Raphael
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Puoi anche acquistarli separatamente dai link sottostanti.

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

    *   - INTRODUZIONE AI COMPONENTI
        - LINK PER L'ACQUISTO

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|

Schema elettrico
-----------------------

============ ======== ======== ===
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:: ../img/Schematic_three_one7.png
   :align: center

Procedure sperimentali
--------------------------

**Passo 1:** Costruisci il circuito.

.. image:: ../img/image254.png

**Passo 2:** Cambia la directory.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**Passo 3:** Esegui.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.12_TrafficLight.py

Durante l'esecuzione del codice, i LED simuleranno il cambio di colore del 
semaforo. Prima si accenderà il LED rosso per 60 secondi, poi il LED verde 
per 30 secondi, infine il LED giallo per 5 secondi. Dopodiché, il LED rosso 
si accenderà nuovamente per 60 secondi. Questa serie di azioni verrà ripetuta 
ciclicamente. Nel frattempo, il display a 4 cifre a 7 segmenti mostrerà 
continuamente il conto alla rovescia.

Codice
----------

.. note::
    Puoi **Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto. Ma prima di farlo, devi accedere al percorso del codice sorgente come ``raphael-kit/python``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    import threading

    # Definisci i pin collegati al 74HC595
    SDI   = 24      # Input dati seriale (DS)
    RCLK  = 23      # Input clock di memoria (STCP)
    SRCLK = 18      # Input clock del registro di scorrimento (SHCP)
    number = (0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90)

    placePin = (10,22,27,17)
    ledPin =(25,8,7)

    greenLight = 30
    yellowLight = 5
    redLight = 60
    lightColor=("Red","Green","Yellow")

    colorState=0
    counter = 60
    timer1 = 0


    def setup():
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(SDI, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(RCLK, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(SRCLK, GPIO.OUT)
        for pin in placePin:
            GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
        for pin in ledPin:
            GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0,timer)
        timer1.start()

    def clearDisplay():
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, 1)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def hc595_shift(data):
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, 0x80 & (data << i))
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def pickDigit(digit):
        for i in placePin:
            GPIO.output(i,GPIO.LOW)
        GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

    def timer():        # Funzione timer
        global counter
        global colorState
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0,timer)
        timer1.start()
        counter-=1
        if (counter is 0):
            if(colorState is 0):
                counter= greenLight
            if(colorState is 1):
                counter=yellowLight
            if (colorState is 2):
                counter=redLight
            colorState=(colorState+1)%3
        print ("counter : %d    color: %s "%(counter,lightColor[colorState]))

    def lightup():
        global colorState
        for i in range(0,3):
            GPIO.output(ledPin[i], GPIO.HIGH)
        GPIO.output(ledPin[colorState], GPIO.LOW)

    def display():
        global counter

        a = counter % 10000//1000 + counter % 1000//100
        b = counter % 10000//1000 + counter % 1000//100 + counter % 100//10
        c = counter % 10000//1000 + counter % 1000//100 + counter % 100//10 + counter % 10

        if (counter % 10000//1000 == 0):
            clearDisplay()
        else:
            clearDisplay()
            pickDigit(3)
            hc595_shift(number[counter % 10000//1000])

        if (a == 0):
            clearDisplay()
        else:
            clearDisplay()
            pickDigit(2)
            hc595_shift(number[counter % 1000//100])

        if (b == 0):
            clearDisplay()
        else:
            clearDisplay()
            pickDigit(1)
            hc595_shift(number[counter % 100//10])

        if(c == 0):
            clearDisplay()
        else:
            clearDisplay()
            pickDigit(0)
            hc595_shift(number[counter % 10])

    def loop():
        while True:
            display()
            lightup()

    def destroy():   # Quando viene premuto "Ctrl+C", viene eseguita questa funzione.
        global timer1
        GPIO.cleanup()
        timer1.cancel()      # Annulla il timer

    if __name__ == '__main__':  # Il programma inizia qui
        setup()
        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:
            destroy()


Spiegazione del codice
------------------------------

.. code-block:: python

    SDI   = 24      # Input dati seriale (DS)
    RCLK  = 23      # Input clock di memoria (STCP)
    SRCLK = 18      # Input clock del registro di scorrimento (SHCP)
    number = (0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90)
    placePin = (10,22,27,17)   

    def clearDisplay():
    def hc595_shift(data): 
    def pickDigit(digit):
    def display():

Questi codici vengono utilizzati per realizzare la funzione di 
visualizzazione numerica del display a 4 cifre a 7 segmenti. 
Per ulteriori dettagli, fai riferimento al capitolo 1.1.5 del documento. 
Qui, utilizziamo i codici per visualizzare il conto alla rovescia del semaforo.

.. code-block:: python

    ledPin =(25,8,7) 
    colorState=0
        
    def lightup():
        global colorState
        for i in range(0,3):
            GPIO.output(ledPin[i], GPIO.HIGH)
        GPIO.output(ledPin[colorState], GPIO.LOW)

Questi codici vengono utilizzati per accendere e spegnere i LED.

.. code-block:: python

    greenLight = 30
    yellowLight = 5
    redLight = 60
    lightColor=("Red","Green","Yellow")

    colorState=0
    counter = 60      
    timer1 = 0         

    def timer():        # Funzione timer
        global counter
        global colorState
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0,timer)  
        timer1.start()     
        counter-=1                          
        if (counter is 0):
            if(colorState is 0):
                counter= greenLight
            if(colorState is 1):
                counter=yellowLight
            if (colorState is 2):
                counter=redLight
            colorState=(colorState+1)%3
        print ("counter : %d    color: %s "%(counter,lightColor[colorState]))


Questi codici vengono utilizzati per attivare e disattivare il timer. 
Fai riferimento al capitolo 1.1.5 per maggiori dettagli. Qui, quando 
il timer torna a zero, lo stato del colore verrà cambiato per modificare 
il LED, e il timer verrà assegnato a un nuovo valore.

.. code-block:: python

    def setup():
        # ... 
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0,timer)   
        timer1.start()  

    def loop():
        while True:
            display()
            lightup()
            
    def destroy():   # Quando viene premuto "Ctrl+C", viene eseguita questa funzione.
        global timer1
        GPIO.cleanup()      
        timer1.cancel()      # Annulla il timer

    if __name__ == '__main__':  # Il programma inizia qui
        setup() 
        try:
            loop()  
        except KeyboardInterrupt:  
            destroy()  


Nella funzione ``setup()``, viene avviato il timer. Nella funzione ``loop()``, 
viene utilizzato un ciclo **while True** per chiamare ciclicamente le funzioni 
relative al display a 4 cifre a 7 segmenti e ai LED.

Immagine del fenomeno
------------------------------

.. image:: ../img/IMG_8319.jpg
   :align: center