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用树莓派控制交通红绿灯(进阶版)

CHANBAEK 来源:和娃一起玩树莓派 作者:老孟K 2023-07-02 15:10 次阅读

哇奥,今天才发现上一次建造的红绿灯居然不对,绿灯一般在下方,当红灯变绿灯时黄灯闪烁,我做的是绿灯变红灯时黄灯闪烁!。这在我们开发时也会碰到,就像找bug一样,对于发现的问题要及时修正。在修正问题之前,我们还是先看看如何让红绿灯更快的响应按钮操作,然后修正红绿灯问题。

要想更快的响应按钮,则需要找出原因,上一讲提到因为程序运行时没有及时检测按钮是不是被按下了,那么我们第一反应可能是在程序中加上更多的检测语句,但这样程序将变得特别臃肿,也不容易被别人理解。其实,计算机设计者早就考虑到了这个问题,他们利用一个叫做“中断”的概念来对需要及时响应的事情进行处理。

什么是中断

中断是指计算机运行过程中,出现某些需要及时处理时,计算机能自动暂停正在运行的程序并转入处理新情况的程序,处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。中断发生时运行的程序叫做中断程序。

在我们的红绿灯程序中,当按钮被按下时,我们希望计算机可以把它作为一个中断,然后运行中断程序,及时修改运行状态。

研究gpiozero的文档,我们发现Button类有一个when_pressed的方法,说明如下

图片

意思是说当按钮按下时将调用一个函数(function)。那么什么是函数呢?

函数是什么

函数是可以完成某些任务的代码块,而且这些代码块可以被重复使用,就像我们玩具里的积木块一样。在python中,用def来定义或者说创建函数,其语法如下

def 函数名(参数):     #注意最后的冒号
   函数代码(完成工作需要的代码)
   return 返回值      #不是必须的,当需要向调用函数的程序返回数值或对象时使用

函数是编程语言非常重要的一部分内容,参数有形参和实参,参数也可以是多个,返回值可以是各种数据类型,有了函数后,变量也就分为全局 变量和局部变量了,这些内容我们会逐步涉及到。今天我们先从最简单的无参数函数开始,顾名思义,这样的函数没有参数。

创建参数

回过头来看我们的红绿灯程序,只闪烁黄灯还是正常工作取决于其中的一个变量kaiguan。

from gpiozero import LED,Button


from time import sleep


kaiguan = False   


red = LED(26)  #红灯链接了GPIO26
yellow= LED(5)   #黄灯链接了GPIO5
green = LED(22)  #绿灯连接了GPIO22
control = Button(17) #按钮连接了GPIO17
while True:
    if kaiguan == False:   #当kaiguan变量为False时,黄灯闪烁
        yellow.on()
        sleep(0.5)
        yellow.off()
        sleep(0.5)
    else:          #当kaiguan变量为True时
        green.on()   
        sleep(3)    #绿灯亮3green.off()
        yellow.on()  #黄灯亮1sleep(1)
        yellow.off()
        red.on()     #红灯亮3sleep(3)
        red.off()
    if control.is_pressed:  ##判断按钮是否被按下
            print("Pressed")
            kaiguan = bool(1-kaiguan)

所以,利用中断,我们的需要在按钮按下时及时改变kaiguan这个变量的数值,然后在程序中及时判断这个值是否已经变化了,从而作出正确的逻辑控制。

现在我们创建一个叫做changeKaiguan的函数:

def changeKaiguan():   #创建无参数函数:修改kaiguan变量,从而控制红绿灯
    print("Pressed")
    global kaiguan       #kaiguan是全局变量,在主程序中已经声明
    kaiguan = bool(1 - kaiguan)    #取反操作
    print(kaiguan)                #打印kaiguan的数值,True或False

因为kaiguan变量是在主函数声明的,函数如果要使用它,需要用global关键字,表示它是一个全局变量 。

当控制按钮按下时,调用changeKaiguan函数,通过如下代码实现:

control.when_pressed = changeKaiguan  #按下按钮时调用changeKaiguan函数

注意: 这一个语句应该在changeKaiguan函数创建之后才行,否则就会报变量没有定义的错误。

验证中断程序

通过上面的代码,我们创建了一个中断函数,当按钮按下时,每次都调用changeKaiguan函数。让我们来测试一下,完整代码如下:

from gpiozero import LED,Button


from time import sleep


kaiguan = False   


green = LED(26)  #green灯链接了GPIO26
yellow= LED(5)   #黄灯链接了GPIO5
red = LED(22)  #red灯连接了GPIO22
control = Button(17) #按钮连接了GPIO17




def changeKaiguan():   #创建无参数函数:修改kaiguan变量,从而控制红绿灯
    print("Pressed")
    global kaiguan       #kaiguan是全局变量,在主程序中已经声明
    kaiguan = bool(1 - kaiguan)    #取反操作
    print(kaiguan)                #打印kaiguan的数值,True或False


control.when_pressed = changeKaiguan  #按钮按下时调用changeKaiguan函数


while True:
    if kaiguan == False:   #当kaiguan变量为False时,黄灯闪烁
        yellow.on()
        sleep(0.5)
        yellow.off()
        sleep(0.5)
    else:          #当kaiguan变量为True时,
        red.on()   
        sleep(3)    #绿灯亮3秒
        red.off()
        yellow.on()  #黄灯亮1秒
        sleep(1)
        yellow.off()
        green.on()     #红灯亮3秒 
        sleep(3)
        green.off()

运行上面的程序,可以发现,无论程序运行在那个阶段,当按下按钮时,都可以马上在Shell界面看到打印“Pressed"以及最新的kaiguan参数数值。

图片

我们发现每次按钮按下,都马上进入了中断程序changeKaiguan,在程序中修改了kaiguan变量的值并打印了出来,当前程序运行在sleep还是其他语句都没有影响。

进阶版红绿灯程序

现在,是时候完成我们的进阶版程序,让红绿灯可以在按钮按下后及时切换工作状态。在此之前,我们需要调整红绿灯连接线,把红灯和绿灯互换位置,同时修改程序。最新的电路图:

图片

电路实物照片:

图片

要修改程序,需要考虑在什么时候探测kaiguan变量值,然后作出逻辑调整,原程序红绿灯正常工作时不能及时探测kaiguan变量才造成对按钮的反应迟钝,所以需要修改这部分代码,为了保证控制操作的完整性,我们不能在某个灯还亮着时进行切换,需要在灯灭后进行,所以修改如下:

from gpiozero import LED,Button


from time import sleep


kaiguan = False   


green = LED(26)  #green灯链接了GPIO26
yellow= LED(5)   #黄灯链接了GPIO5
red = LED(22)  #red灯连接了GPIO22
control = Button(17) #按钮连接了GPIO17




def changeKaiguan():
    print("Pressed")

    global kaiguan
    kaiguan = bool(1 - kaiguan)
    print(kaiguan)



control.when_pressed = changeKaiguan


while True:
    if kaiguan == False:   #当kaiguan变量为False时,黄灯闪烁
        yellow.on()
        sleep(0.5)
        yellow.off()
        sleep(0.5)
    else:          #当kaiguan变量为True时,
        red.on()   
        sleep(3)    #绿灯亮3秒
        red.off()
        if kaiguan == False: #判断kaiguan是否已经变为False,如果是,则跳出当前操作,继续下一个循环
            continue     #跳过下面的代码,开始下一个循环
        yellow.on()  #黄灯亮1秒
        sleep(1)
        yellow.off()
        if kaiguan == False: #判断kaiguan是否已经变为False,如果是,则跳出当前操作,继续下一个循环
            continue
        green.on()     #红灯亮3秒 
        sleep(3)
        green.off()

运行程序,看看是不是按我们期望的正常运作了呢?

是的,现在只要我们按下按钮,程序都可以及时切换,即使在红灯或绿灯亮时按下按钮,当灯灭时也会判断出kaiguan值变为False,从而中止当前循环,进入下一个循环中。如此,进阶版的红绿灯大功告成!

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