0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Светофор на arduino своими руками!

Создаем светофор на базе Ардуино Уно

Урок по созданию светофора на основе контроллера Ардуино, который научит понимать временные последовательности и будет работать как реальный светофор.

Последовательность работы светодиодов, выполненная на основе Arduino Uno, имитирует четырехстороннее пересечение, т.е. классический перекресток, где пересекаются две улицы одна из которых с менее интенсивным трафиком чем вторая. Этот урок по созданию светофора также поможет детям изучить последовательность сигналов дорожного трафика, чтобы они могли научиться пересекать перекрестки и понимать их поведение в реальной жизни.

Комплектующие

Начинаем с деталей для нашего проекта светофора:

  • 1x — Ардуино Уно (большинство плат Arduino должны подойти)
  • 2x — красные светодиоды
  • 2x — желтые (янтарные) светодиоды
  • 2x — зеленые светодиоды
  • 6x — резисторы 330 Ом

Дополнительно нам нужны провода-перемычки для соединения всех деталей схемы проекта.

Схема соединений

Для того, чтобы собрать наш Ардуино светофор нам нужно соединить плату Уно и светодиоды согласно схеме выше.

Как работает Ардуино светофор?

Это действительно простая концепция светофора, и приведенная ниже таблица помогает её объяснить. В коде используются инструкции loop и delay для того, чтобы реализовать время включения для каждого из светодиодов.

В примере светофора Ардуино, условно, две улицы. Каждая из них имеет разный объемы трафика (количество проезжающих машин), поэтому есть более длинный зеленый свет (с более коротким красным светом).

Трафик по одной из улиц (второй столбец) очень активный. Зеленый свет для этой улицы продолжается 12 секунд. На второй улице (третий столбец) гораздо меньше машин, поэтому нашему гипотетическому городу нужен зеленый свет на менее активной улице короче по времени. Зеленый свет составит 1/3 от времени зеленого сигнала светофора на основной улице, т.е. получается 4-секундный зеленый свет.

Поскольку главный светофор переключается с зеленого на желтый и потом на красный, второй светофор ненадолго сохраняет свой красный свет в случае, если есть зазевавшиеся водители, которые пытаются проехать через перекресток. Не забывайте об этом интервале «перекрытия» красного света, если вы когда-либо будете создавать систему светофоров для какого-либо перекрестка вашего города.

Когда проходят 4 секунды зеленого света на второй улице мы делаем еще один период «перекрытия» красным светом, после чего цикл сигналов светофора Ардуино возобновляется.

Скетч (код) для Ардуино

Ниже приводим код нашего светофора, который необходимо загрузить в ардуину. Вы можете либо скачать .ino файл, либо скопировать код целиком и вставить в редактор Arduino IDE.

Честно скажем, что у нас получился довольно простой и устаревший Ардуино светофор. Современные светофоры сегодня достаточно «умны» — они могут обнаруживать транспортные средства, корректировать свое время и даже делать перерывы для пешеходных переходов. Всегда есть возможность для улучшения!

Светофор на Ардуино для начинающих

Светофор на Ардуино ► позволит вам лучше разобраться в среде программирования Arduino IDE и понять принцип работы цифровых пинов общего назначения платы.

Читать еще:  Коробочки для специй из дуба своими руками

Сделать светофор на Arduino для начинающих изучать микроконтроллер — это отличное занятие, которое позволит лучше разобраться в среде программирования Arduino IDE и понять принцип работы цифровых пинов общего назначения. Рассмотрим схему сборки светофора на Arduino Uno с помощью макетной платы и представим простой проект, который можно использовать на занятиях робототехники с детьми.

Светофор на Ардуино своими руками

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • цветные светодиоды и резисторы;
  • тактовая кнопка;
  • макетная плата;
  • провода «папа-папа», «папа-мама».

Для начала соберем простую схему светофора на беспаечной макетной плате, чтобы разобраться с кодом для микроконтроллера Ардуино и понять алгоритм работы светофоров на перекрестках. Это также полезно будет знать детям, чтобы понимать режим работы светофоров на дороге в реальной жизни. Подключите светодиоды к Ардуино по представленной выше схеме и загрузите следующий скетч в плату.

Схема светофора на Ардуино для начинающих

Счетч светофора Arduino для начинающих

Пояснения к коду:

  1. для пинов со светодиодами заданы имена с помощью директивы #define ;
  2. переключение светодиодов происходит каждые три секунды, интервал можно изменить, поменяв в программе значение переменной int pause = 3000; .

Светофор на Arduino Uno с кнопкой

Данный пример позволит детям понять работу светофоров на пешеходных переходах, где переключение режима работы происходит при нажатии кнопки. При данном алгоритме работы, необходимо использовать цикл while в программе. В схему следует добавить тактовую кнопку и переключать режим светофора при высоком уровне сигнала на цифровом (аналоговом) пине к которому была подключена кнопка.

Схема светофора на Ардуино с тактовой кнопкой

Счетч для светофора на Ардуино с кнопкой

Пояснения к коду:

  1. для пинов со светодиодами и для тактовой кнопки заданы имена;
  2. цикл while выполняется только при нажатой кнопке.

Как сделать светофор на Ардуино

В следующем коде было добавлено мигание зеленого сигнала светофора, в остальном он ничем не отличается от первого скетча в этом обзоре. Для желающих сделать подобный проект, мы разместили все необходимые файлы в одном архиве здесь. По ссылке вы можете скачать чертеж перекрестка в формате CDR (Corel Draw) и 3D модель светофора в формате STL. Код для светофора Ардуино размещен далее.

Светофор на Ардуино

В этой статье мы рассмотрим проект светофора с мигающими светодиодами на базе Arduino Uno и Nano. Светофор со светодиодами тремя цветов можно назвать проектом начального уровня. Но на его основе можно сделать интересные и полезные устройства, например, тренажеры для обучения детей правилам дорожного движения. Этот проект также позволит начинающим еще больше узнать о программировании в среде Ардуино, потренироваться в сборке схем и порадоваться новым интересным инженерным игрушкам.

Немного о светофорах

Светофор – лучший друга пешеходов и водителей, позволяющий организовать безопасное движение на дорогах. Первое такое устройство для городских дорог было установлено в 1868 году возле здания Британского парламента в Лондоне. Его внешний вид, конечно, сильно отличался от привычного нам сейчас устройств. Первый светофор представлял собой набор семафорных стрелок с подсветкой из газовых фонарей. Его создатель, инженер Джон Пик Найт, проектировал семафоры для железных дорог и первый додумался использовать идею для дорог, по которым в то время перемещались на лошадях.

Читать еще:  Насадка для тисков — накаточный станок своими руками

Первые светофоры

Первый электрический светофор появился в 1912 году в США. Инженер Лестер Вайр придумал устройство с двумя цветами – красным и зеленым. В 1914 году на перекрестке в Кливленде впервые были установлены сразу четыре светофора. Управлялись устройства вручную – полицейские переключали лампочки.

Создатель первого светофора William L Potts

В 1920 году появились трехцветные светофоры – их поставили на улицах Нью-Йорка и Детройта. Первой же европейской страной с электрическими светофорами стала Франция. В Советском Союзе светофор появился в январе 1930 года в Ленинграде. Годом позже первые устройства поставили и в Москве.

Памятник светофору

Сама идея установить четкую последовательность цветов связана с желанием помочь людям, не отличающим оттенки цветов. Они могут ориентироваться не на цвет, а на местоположение светящегося объекта. Именно поэтому у большинства светофоров в мире цвета выглядят именно так – красный, желтый и зеленый. Но есть и исключения – например, в Ирландии в свое время были вынуждены поменять местами красный и зеленый. Все дело в том, что местные жители не хотели видеть национальный цвет Ирландии (зеленый) в самом низу.

В некоторых странах вместо зеленого используют синий сигнал светофора. Также сегодня часто можно встретить многосекционные светофоры со стрелками. В Берлине, например, есть светофор с 13 сигналами!

Если говорить об устройстве светофора, то за всю историю его существования менялись и сами источники света, и управляющие устройства. Сегодня светофоры используют светодиодные модули, которые гораздо экономичнее и надежнее используемых ранее ламповых. При выходе из строя одного светодиода конструкция в целом продолжает работать. Также на улицах сегодня легко встретить и целые светофорные комплексы, где на экранах отображается дополнительная информация: время до переключения, графические подсказки и другое.

Проект “Светофор на Ардуино”

Давайте и мы создадим свой почти настоящий светофор. В рамках этого проекта мы соберем схему и создадим скетч, с помощью которого светодиоды будут гореть и переключаться по правилам дорожного движения.

Если вы совсем новичок в Ардуино, крайне рекомендуем прочитать наши статьи для начинающих:

Сложность урока: для начинающих

  • Плата Ардуино Уно или Нано.
  • Макетная плата.
  • Три светодиода. Естественно, что лучше всего красного, желтого и зеленого цветов.
  • Три резистора номиналом 220 Ом.
  • Соединительные провода.

Схема подключения

Давайте начнем проект со сборки электрической цепи. Схема достаточно проста – соединяем три светодиода. Плюс к цифровому пину, минус – к земле. Обратите внимание, что мы объединили три контакта в один с помощью общей шины макетной платы. Красный свет светофора мы соединим с пином 11, желтый – с 10, зеленый – с 9.

Схема светофора со светодиодами на Ардуино

На этом вопрос со схемой можно считать решенным. Не забывайте про полярность, проверяйте правильность монтажа.

Модуль светофора

Есть еще один способ собрать проект – использовать уже готовые устройства в виде светофора со светодиодами. Один из примеров – плата для Ардуино, продающаяся на Алиэкспрессе. На ней уже закреплены все резисторы, не нужно придумывать конструкцию – просто закрепляем похожий на светофор модуль на подставке и соединяем контакты с Ардуино.

Модуль светофора для Ардуино

Купить готовый модуль можно, например, по этим ссылкам:

А вот ссылка на еще один интересный и совсем недорогой модуль. Он не предназначен для Ардуино, но имеет готовые к использованию корпус и провода, которые можно подключить по приведенной схеме.

Программирование светофора

Прежде чем писать программу, нужно составить общий алгоритм действий, описать задачу на привычном языке. Попробуйте это сделать самостоятельно, заодно и проверьте, так ли уж точно вы знаете алгоритм работы светофора?

Читать еще:  Декоративная корзина из джута своими руками. Мастер-класс

Алгоритм работы

Вот этот алгоритм трехсекционного светофора для водителей, принятый за стандарт в России:

  • Начинается все с зеленого света. Включаем его.
  • Спустя определенное количество времени зеленый начинает мигать. Водители и пешеходы завершают движение (или, как это часто бывает, ускоряются).
  • Зеленый выключается и включается желтый.
  • Спустя какое-то время выключается и желтый – загорается красный.
  • Эпоха красного цвета заканчивается не миганием, как у зеленого, а параллельным включением красного и желтого.
  • Спустя какое-то время красный и желтый выключаются, включается зеленый и все начинается сначала.

Если вы разобрались с алгоритмом, то написать скетч для Ардуино будет совсем не сложно. Надо лишь заменить каждое слово “включить” на digitalWrite с атрибутом HIGH, “выключить” на digitalWrite с атрибутом LOW, а задержку сформировать с помощью delay. Вот, например, фрагмент программы, определяющий переход с красного на зеленый цвет.

Пример скетча

Для того, чтобы не привязываться в программе к конкретным номерам пинов можно и нужно создать константы, содержащие нужный номер пина. В коде мы будем использовать эти константы, а не номера. И если нам нужно будет поменять схему подключения, то менять номера в скетче нам придется только в одном месте. Не нужно будет делать глобальную замену по документу.

Вот так бы выглядел приведенный выше пример с использованием констант:

Вот так можно заставить мигать зеленый свет. Точь в точь как обычная мигалка:

Второй и более правильный вариант мигания – использовать цикл FOR. Более подробно о нем написано в нашей отдельной статье про циклы.

Вот, в принципе,и все особенности. Давайте теперь соберем код вместе и напишем итоговую программу:

Загрузите скетч в контроллер и убедитесь, что все работает правильно. Если что-то пойдет не так, обратитесь к статье, посвященной подключению светодиода к Ардуино – там описаны все типичные случаи неисправностей.

Улучшение проекта

После того, как вы написали скетч и помигали светодиодами на макетной плате можно подумать и о том, как сделать из проекта светофор нечто большее. Какие еще улучшения возможны:

  • Сделать настоящий макет светофора. Поместить светодиоды и контроллер вместе с макетной платой в корпус. Можно выбрать достаточно большую коробку, чтобы туда поместился источник питания. А можно взять небольшой футляр, например, тубус от туалетной бумаги и разместить там светодиоды. Одной только макетной платой тут не обойдешься, т.к. провода и платы не влезут в миниатюрный корпус.
  • Можно расширить проект, добавить светодиоды для пешеходов и написать программу для пешеходного светофора. Связать эти два светофора будет не сложно, в Arduino Uno без проблем найдется 5 пинов.
  • Сделать проект для перекрестка. Здесь вам понадобится уже больше пинов и другой контроллер – например, Arduino Mega.

Заключение

В этой статье мы узнали, как собрать вместе на одной макетной плате три светодиода и подключить их к ардуино уно или нано. Разобрались с алгоритмом работы настоящего светофора и смогли написать свой скетч на языке C++. Мы еще раз убедились, что писать программы со светодиодами – это просто, нужно понять лишь несколько базовых принципов. Будем надеяться, что статья оказалась вам полезной и вы продолжите знакомство с платформой Ардуино с одним из следующих наших проектов.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector