Как создать проект Светофор на Ардуино своими руками

Созданный на базе «Ардуино» светофор представляет собой оптическое устройство с 3 светодиодами. Этот прибор используется для обучения правилам дорожного движения. Для его разработки требуется знание основ программирования, электроники и механики.

Светофор

Что такое светофор

Первый светофор был установлен в 60-х гг. XVIII в. в Лондоне, рядом со зданием Британского парламента. Он представлял собой набор семафорных стрелок с газовыми фонарями. Создатель данного устройства — английский инженер Джон Найт. Спустя 50 лет в американском городе Нью-Йорке был сооружен первый светофор, работающий с помощью электричества. Цвет изменялся регулировщиками в ручном режиме.

Первые трехцветные светофоры были установлены в Детройте — столице штата Мичиган. Их создателем является американский инженер-конструктор Лестер Вайр. Спустя 10 лет эта модель приобрела широкую популярность в странах Западной Европы и Советском Союзе.

В 90-х гг. XX в. были созданы устройства со светодиодами, изменяющими свою яркость. Сейчас светодиодные светофоры устанавливаются в большинстве крупных городов мира.

Четкая последовательность цветов светофора закреплена в Протоколе о дорожных знаках и сигналах. Это позволяет людям, не отличающим оттенки, ориентироваться по местоположению светящихся диодов. По данной причине все цвета на светофоре расположены последовательно: красный, желтый, зеленый. В некоторых государствах окраска сигналов светофора изменена на законодательном уровне по политическим причинам. В столице Германии присутствует устройство с 13 сигналами. В нем отдельные секции подсвечиваются синим или оранжевым цветом.

Светодиодные светофоры имеют следующие преимущества:

  1. Небольшая потребляемая мощность.
  2. Высокий срок эксплуатации. Светодиоды могут функционировать в течение 10 лет.
  3. Отсутствие светофильтров. Это позволяет исключить появление неправильных сигналов при попадании солнечных лучей на светофор.
  4. Высокая прочность конструкции, изготовленной из поликарбоната.

Светодиодные светофоры потребляют небольшое количество электроэнергии, что позволяет снизить затраты на обслуживание дорожной инфраструктуры. Современные устройства состоят из комплекса оптических приборов и модулей. На них отображаются дополнительная информация и время переключения сигналов. Эти приспособления повышают безопасность дорожного движения.

Светофор

Создание проекта «Светофор» на «Ардуино»

На основе контроллера Arduino можно сделать светодиодный светофор небольшого размера. С помощью этого устройства дети обучаются правилам дорожного движения. На основе плат «Ардуино Нано» и «Ардуино Уно» можно создать светофоры с мигающими лампами и кнопками.

Для реализации этого проекта нужно выполнить следующие действия:

  1. Приобрести необходимые комплектующие в магазинах электроники.
  2. Соединить детали и подключить устройство к персональному компьютеру.
  3. Написать программный код и загрузить его в микроконтроллер.

Этот проект имеет низкую сложность. Он позволит начинающим разработчикам изучить основы программирования и микроэлектроники.

Какие нужны детали

Для разработки светофора требуются следующие комплектующие:

  1. Микроконтроллер Arduino. Плату можно приобрести на официальном сайте компании «Ардуино» или в интернет-магазинах. Стоимость микроконтроллера составляет не менее 350 руб.
  2. Беспаечная макетная плата. Это приспособление необходимо для моделирования прототипа светофора. Рекомендуется приобретать макетную плату с джамперами и встроенными блоками питания. Она стоит 170 руб.
  3. LED-диоды. Необходимы светодиоды красного, желтого и зеленого цветов. Можно приобрести RGB-диоды и настроить их оттенки с помощью специального скетча. Их стоимость равна 49 руб.
  4. 3 резистора. Следует приобрести устройства с сопротивлением 220 Ом. В противном случае резисторы не смогут контролировать напряжение тока, что приведет к короткому замыканию. Они стоят 210 руб.
  5. Соединительные провода. Важно, чтобы проводные механизмы были выполнены из металлических материалов. Упаковку можно купить за 176 руб.

Arduino

Для реализации более сложных проектов понадобятся перемычки для соединения основных деталей светофора. При отсутствии источника электроэнергии также нужно приобрести блок питания или внешний адаптер.

Принцип работы

Микроконтроллер Arduino позволяет создать светофоры с простой концепцией и малым количеством сигналов.

Устройство работает по следующему алгоритму:

  1. Изначально загорается зеленый LED-диод.
  2. Зеленый цвет начинает мигать, сигнализируя о завершении движения.
  3. Загорается желтый светодиод.
  4. Спустя небольшой промежуток времени автоматически включается красный LED-диод.
  5. Красный цвет сменяется желтым путем параллельного включения 2 диодов.
  6. Включается зеленый LED-диод. Цикл начинается сначала.

В соответствии с ГОСТ Р 52282-2004 свет должен мигать с частотой 1 миг в секунду. Сигнал может длиться 2-3 секунды.

При настройке параметров мигания светофора необходимо учитывать объемы трафика и человеческий фактор. Это позволит создать многофункциональное сигнальное устройство для регулировки движения на улицах и больших площадях.

Как выглядит схема подключения

При создании светофора на платформе Arduino необходимо подключить основные комплектующие к плате. Для этого нужно подсоединить минусовые контакты к цифровому порту, плюсовые — к заземлению. В результате LED-диоды смогут получать сигналы от платы при стабильном напряжении. Красный диод нужно подключать к пину 11, желтый — к 10, зеленый — к 9.

Схема подключения

На плату необходимо подать электроэнергию. Для этого нужно соединить блок питания с контактом 5V. При проведении монтажных работ рекомендуется проверять полярность проводов и правильность подключения основных комплектующих. При отсутствии ошибок можно подсоединять контроллер «Ардуино» к компьютеру с помощью кабеля USB 2.0.

Написание программы и пример скетча

Скетч для светофора на основе платы «Ардуино» пишется в программной среде Arduino IDE. Ее можно скачать на официальном сайте разработчиков микроконтроллера. После открытия программной среды нужно выбрать в настройках разновидность платы, используемой в проекте. Если персональный компьютер не распознает микроконтроллер, то необходимо проверить правильность подключения устройства. Также ПК не видит плату из-за отсутствия драйверов.

Для их установки надо выполнить следующие действия:

  1. Зайти в «Диспетчер устройств».
  2. Найти вкладку с наименованием микроконтроллера и нажать на нее левой кнопкой мыши.
  3. В открывшемся диалоговом окне найти графу «Сведения».
  4. Из предложенного списка выбрать вкладку «ИД оборудования» и скопировать идентификатор платы, расположенный в текстовом поле.
  5. Вставить скопированный текст в поисковую строку.

В результате поисковая система найдет множество веб-страниц, где можно скачать драйверы для платы «Ардуино».

Рекомендуется использовать проверенные сайты. В противном случае есть риск загрузить большое число вирусных программ, способных нанести вред компьютеру или украсть персональные данные.

После настройки Arduino IDE нужно написать в текстовом поле следующий скетч.

Код

Данный скетч позволяет светодиодам мигать в заданной последовательности. Изначально портам, к которым подключены LED-диоды, нужно присвоить имена. После этого указываются фазы мигания и время задержки между ними. По мере исполнения команд изменяется частота мигания. Она обозначается с помощью переменной blinking. Для организации повторяющихся вычислений используется оператор loop.

После написания скетча необходимо скомпилировать его и нажать на кнопку «Загрузить». При отсутствии ошибок программный код будет выслан на плату Arduino. В результате механизм активируется и светодиоды загорятся в нужной последовательности.

Как сделать из проекта «Светофор» что-то большее

Разработанный светофор можно усовершенствовать с помощью дополнительных модулей.

Существует несколько вариантов модификации проекта:

  1. Создание макета. Для этого требуется поместить плату с подключенными комплектующими в специальный корпус из металлических или пластиковых материалов. Рекомендуется размещать устройство в емкостях с большим количеством свободного пространства. В противном случае от макетной платы и микроконтроллера отсоединятся основные провода, что приведет к отключению светодиодов.
  2. Расширение количества сигналов. Необходимо приобрести дополнительные LED-диоды и соединительные провода. С их помощью можно создать светофор для пешеходов. Для нового устройства требуется отдельный программный код. Связать светофоры для автомобилей и пешеходов можно с помощью 5 свободных портов на плате «Ардуино».
  3. Создание светофора для перекрестка. Для реализации этого проекта требуется приобрести контроллер Arduino Mega. На нем расположено большое количество цифровых пинов, что позволяет подключить множество светодиодов. При создании устройства необходимо учитывать двустороннее движение и объем трафика.

Сейчас разрабатываются проекты по сборке макета светофора, способного самостоятельно корректировать время и отслеживать движение транспортных средств.

Ссылка на основную публикацию