用树莓派控制交通红绿灯(进阶版)

CHANBAEK 2023-07-02 1761

CHANBAEK

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描述

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

python

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。

fromgpiozero import LED,Buttonfromtime import sleepkaiguan= Falsered= LED(26) #红灯链接了GPIO26yellow= LED(5) #黄灯链接了GPIO5green= LED(22) #绿灯连接了GPIO22control= Button(17) #按钮连接了GPIO17whileTrue:ifkaiguan == 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3秒green.off()yellow.on() #黄灯亮1秒sleep(1)yellow.off()red.on() #红灯亮3秒sleep(3)red.off()ifcontrol.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：
defchangeKaiguan():#创建无参数函数：修改kaiguan变量，从而控制红绿灯print("Pressed")globalkaiguan#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：
fromgpiozeroimportLED,Buttonfromtimeimportsleep kaiguan = False green = LED(26)#green灯链接了GPIO26yellow= LED(5)#黄灯链接了GPIO5red = LED(22)#red灯连接了GPIO22control = Button(17)#按钮连接了GPIO17def changeKaiguan():#创建无参数函数：修改kaiguan变量，从而控制红绿灯print("Pressed")globalkaiguan#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Falsecontrol.when_pressed = changeKaiguan#按钮按下时调用changeKaiguan函数whileTrue:ifkaiguan == 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。
python
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：
python
电路实物照片：
python
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：
fromgpiozeroimportLED,Buttonfromtimeimportsleep kaiguan =Falsegreen = LED(26)#green灯链接了GPIO26yellow= LED(5)#黄灯链接了GPIO5red = LED(22)#red灯连接了GPIO22control = Button(17)#按钮连接了GPIO17defchangeKaiguan():print("Pressed")globalkaiguan kaiguan =bool(1- kaiguan)print(kaiguan) control.when_pressed = changeKaiguanwhileTrue:ifkaiguan ==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()ifkaiguan ==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()ifkaiguan ==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continuegreen.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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