交通灯

重要提示：关于开发板的兼容性

本教程的核心逻辑适用于所有 ESP32 开发板，但所有操作步骤均以 微雪 ESP32-S3-Zero 迷你开发板 为例进行讲解。如果您使用其他型号的开发板，请根据实际情况修改相应设置。

项目介绍

这个项目展示了一个交通灯的模拟程序，通过 ESP32 的 GPIO 引脚控制三个 LED 灯的亮灭，模拟交通灯的红、黄、绿灯切换过程。

硬件连接

需要使用的器件有：

• LED * 3
• 330Ω 电阻 * 3
• 面包板 * 1
• 导线
• ESP32 开发板

按照下面接线图连接电路：

ESP32-S3-Zero 引脚图

代码实现

import time
import machine

# 定义红、黄、绿灯分别连接的 GPIO 引脚号
RED_LED_PIN = 7
YELLOW_LED_PIN = 8
GREEN_LED_PIN = 9

# 定义红、绿、黄灯各自的持续时间
RED_LIGHT_DURATION = 10     # 红灯亮 10 秒
GREEN_LIGHT_DURATION = 8    # 绿灯亮 8 秒
YELLOW_LIGHT_DURATION = 3   # 黄灯阶段总共持续 3 秒
YELLOW_BLINK_INTERVAL = 0.5 # 黄灯闪烁间隔

# 初始化 LED 引脚为输出模式
red_led = machine.Pin(RED_LED_PIN, machine.Pin.OUT)
yellow_led = machine.Pin(YELLOW_LED_PIN, machine.Pin.OUT)
green_led = machine.Pin(GREEN_LED_PIN, machine.Pin.OUT)

def all_lights_off():
    """一个辅助函数，用于关闭所有灯。"""
    red_led.off()
    yellow_led.off()
    green_led.off()

# 程序开始
print("交通灯模拟程序开始运行。..")
print(f"配置：红灯={RED_LIGHT_DURATION}s, 绿灯={GREEN_LIGHT_DURATION}s, 黄灯={YELLOW_LIGHT_DURATION}s")
print(f"黄灯闪烁间隔：{YELLOW_BLINK_INTERVAL}s")

try:
    # 创建一个无限循环来模拟交通灯的持续工作
    while True:
        # --- 绿灯阶段 ---
        print("绿灯亮")
        all_lights_off() # 先关闭所有灯，确保状态干净
        green_led.on()   # 点亮绿灯
        time.sleep(GREEN_LIGHT_DURATION) # 等待绿灯设定的时间

        # --- 黄灯闪烁阶段 ---
        print("黄灯闪烁")
        green_led.off() # 熄灭绿灯

        # 计算在指定的黄灯总时长内，应该闪烁多少次
        # 一个完整的闪烁周期是 （亮 + 灭），时长为 YELLOW_BLINK_INTERVAL * 2
        # 用总时长除以单个周期时长，得到闪烁次数
        num_blinks = int(YELLOW_LIGHT_DURATION / (YELLOW_BLINK_INTERVAL * 2))

        # 确保即使设置的总时间很短，也至少会闪烁一次
        if num_blinks == 0:
            num_blinks = 1

        for _ in range(num_blinks):
            yellow_led.on()  # 点亮黄灯
            time.sleep(YELLOW_BLINK_INTERVAL) # 亮一会
            yellow_led.off() # 熄灭黄灯
            time.sleep(YELLOW_BLINK_INTERVAL) # 灭一会

        # 确保在进入红灯阶段前，黄灯是熄灭的
        yellow_led.off()

        # --- 红灯阶段 ---
        print("红灯亮")
        # 此时黄灯和绿灯已经熄灭，只需点亮红灯
        red_led.on()
        time.sleep(RED_LIGHT_DURATION) # 等待红灯设定的时间

except KeyboardInterrupt:
    print("\n 程序被用户中断。")

finally:
    # 无论程序是正常结束还是被中断，最后都确保所有灯都关闭
    all_lights_off()
    print("所有交通灯已关闭，程序结束。")

代码解释

• 导入库：machine 库用于控制硬件，time 库用于实现延时。

• 常量定义：程序开头定义了 GPIO 引脚号（RED_LED_PIN 等）和各灯持续时间（RED_LIGHT_DURATION 等）。将这些参数集中管理，便于后续根据实际需求快速调整，而无需深入修改逻辑代码。

  # 定义红、黄、绿灯分别连接的 GPIO 引脚号
  RED_LED_PIN = 7
  YELLOW_LED_PIN = 8
  GREEN_LED_PIN = 9
  
  # 定义红、绿、黄灯各自的持续时间
  RED_LIGHT_DURATION = 10     # 红灯亮 10 秒
  GREEN_LIGHT_DURATION = 8    # 绿灯亮 8 秒
  YELLOW_LIGHT_DURATION = 3   # 黄灯阶段总共持续 3 秒
  YELLOW_BLINK_INTERVAL = 0.5 # 黄灯闪烁间隔

• 引脚初始化：使用 machine.Pin 类创建三个对象，分别对应红、黄、绿灯。machine.Pin.OUT 参数将引脚配置为输出模式，允许程序控制高低电平。

  # 初始化 LED 引脚为输出模式
  red_led = machine.Pin(RED_LED_PIN, machine.Pin.OUT)
  yellow_led = machine.Pin(YELLOW_LED_PIN, machine.Pin.OUT)
  green_led = machine.Pin(GREEN_LED_PIN, machine.Pin.OUT)

• 辅助函数：all_lights_off() 函数用于同时关闭所有 LED。在状态切换前调用此函数，可以确保没有灯处于意外点亮的状态，提高代码的健壮性。

  def all_lights_off():
    """一个辅助函数，用于关闭所有灯。"""
    red_led.off()
    yellow_led.off()
    green_led.off()

• 主循环逻辑：程序在一个无限循环 while True 中依次执行三个阶段：

  • 绿灯阶段：先调用 all_lights_off() 清除状态，点亮绿灯，并延时 GREEN_LIGHT_DURATION 秒。
  • 黄灯闪烁：计算闪烁次数（总时长除以单次周期），通过 for 循环控制黄灯交替亮灭，模拟警示效果。
  • 红灯阶段：点亮红灯并延时 RED_LIGHT_DURATION 秒。由于黄灯已在上一阶段结束时熄灭，此处直接点亮红灯即可。

• 异常处理：使用 try...except...finally 结构增强程序的稳定性。

  • except KeyboardInterrupt：捕获用户中断信号（如 Ctrl+C），允许程序优雅退出。
  • finally：无论程序正常结束还是被中断，都会执行 all_lights_off() 关闭所有灯，防止硬件处于不确定状态。

参考链接

• 第3节 GPIO 数字输出/输入