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.. _4.1.12_py:

4.1.12 交通信号機
========================

はじめに
---------------

このプロジェクトでは、三色のLEDライトを使用して交通信号の変化を実現し、各交通状態のタイミングを表示するために4桁の7セグメントディスプレイを使用します。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトで必要なコンポーネントは以下の通りです。

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

全体のキットを購入すると確かに便利です。リンクはこちら： 

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

    *   - 名前	
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクからも別々に購入することができます。

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

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_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|


回路図
--------------------

============ ======== ======== ===
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

実験手順
------------------------

**ステップ1:** 回路を組む。

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

**ステップ2:** ディレクトリを変更する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**ステップ3:** 実行。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.12_TrafficLight.py

コードが実行されると、LEDは交通信号の色の変化をシミュレートします。最初に、赤いLEDが60秒間点灯します。次に、緑のLEDが30秒間点灯します。その後、黄色のLEDが5秒間点灯します。その後、赤いLEDが再び60秒間点灯します。このように、この一連のアクションが繰り返し実行されます。同時に、4桁の7セグメントディスプレイはカウントダウン時間を連続して表示します。

コード
----------

.. note::
    以下のコードを **修正/リセット/コピー/実行/停止** することができます。しかし、それを行う前に、 ``raphael-kit/python`` のようなソースコードのパスに移動する必要があります。コードを修正した後、その効果を直接見るために実行することができます。


.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    import threading

    #define the pins connect to 74HC595
    SDI   = 24      #serial data input(DS)
    RCLK  = 23     #memory clock input(STCP)
    SRCLK = 18      #shift register clock input(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():        #timer function
        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():   # When "Ctrl+C" is pressed, the function is executed.
        global timer1
        GPIO.cleanup()
        timer1.cancel()      #cancel the timer

    if __name__ == '__main__': # Program starting from here
        setup()
        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:
            destroy()


コード説明
--------------------

.. code-block:: python

    SDI   = 24      #serial data input(DS)
    RCLK  = 23     #memory clock input(STCP)
    SRCLK = 18      #shift register clock input(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():

これらのコードは、4桁7セグメントの数字表示の機能を実現するために使用されます。詳細については、ドキュメントの1.1.5章を参照してください。ここでは、コードを使用して交通信号のカウントダウン時間を表示します。

.. 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)

このコードは、LEDのオン/オフを切り替えるために使用されます。

.. code-block:: python

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

    colorState=0
    counter = 60      
    timer1 = 0         

    def timer():        #timer function
        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]))

このコードは、タイマーのオン/オフを切り替えるために使用されます。詳細については、1.1.5章を参照してください。ここでは、タイマーがゼロに戻ったときに、colorStateが切り替えられてLEDが切り替わり、タイマーに新しい値が割り当てられます。

.. code-block:: python

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

    def loop():
        while True:
            display()
            lightup()
            
    def destroy():   # When "Ctrl+C" is pressed, the function is executed. 
        global timer1
        GPIO.cleanup()      
        timer1.cancel()      #cancel the timer

    if __name__ == '__main__': # Program starting from here 
        setup() 
        try:
            loop()  
        except KeyboardInterrupt:  
            destroy()  

``setup()`` 関数でタイマーを開始します。 ``loop()`` 関数では、 **while True** を使用して、4桁7セグメントとLEDの関連関数を繰り返し呼び出します。

現象の画像
-------------------


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