Плеко / Робототехніка

Урок 6

Світлофор із кнопкою

Запит із кнопки запускає послідовність сигналів без довгих delay.

Підготуй компоненти

Довідник компонентів

Макетна плата1 шт.
Arduino Uno1 шт.
Червоний світлодіод1 шт.
Резистор 220 Ом3 шт.
Жовтий світлодіод1 шт.
Зелений світлодіод1 шт.
Кнопка1 шт.
USB-кабель для Arduino з передаванням даних1 шт.
З’єднувальні проводи25 шт. для схеми Wokwi

У Wokwi додай ці компоненти до проєкту. USB-кабель потрібен лише для справжньої плати.

Відкрити Wokwi10 кроків · у власному темпі

Посилання відкриває фінальну програму уроку. Для проміжних кроків використовуй код відповідного кроку.

Урок 6 · Крок 1 / 10

Світлофор із кнопкою

Продовжуємо урок 05-01: додаємо кнопку запиту пішохода. Без запиту горить зелений для машин; натискання запускає перехід до червоного.

Arduino Uno та USB-кабель.
Червоний, жовтий і зелений LED; три резистори по 220 Ом.
Кнопка, макетна плата, дроти «тато–тато».

Спочатку пройди 05-01 — автоматичний світлофор. Навчимося зчитувати кнопку й відраховувати час за допомогою millis().

Це модель сигналів для автомобілів. Збираємо три незалежні гілки LED і повторюємо кнопку з уроку 2.

Перед зміною схеми від’єднай живлення. У Wokwi зупини симуляцію. Справжню схему перевір за схемою перед підключенням USB.

Урок 6 · Крок 6 / 10

Коли змінюється сигнал

void updatePhase(unsigned long now) {
  unsigned long elapsed = now - phaseStartedAt; // Тривалість поточного стану.

  if (phase == GREEN && crossingRequested && elapsed >= GREEN_MS) { // Можна завершити зелений.
    phase = BLINK; // Спершу три блимання зеленого.

  } else if (phase == BLINK && elapsed >= BLINK_MS) { // Три блимання завершились.
    phase = YELLOW; // Після них вмикаємо жовтий.

  } else if (phase == YELLOW && elapsed >= YELLOW_MS) { // Жовтий завершився.
    phase = RED; // Вмикаємо червоний.

  } else if (phase == RED && elapsed >= RED_MS) { // Час переходу завершився.
    phase = READY; // Червоний разом із жовтим.

  } else if (phase == READY && elapsed >= READY_MS) { // Повертаємо рух.
    phase = GREEN; // Знову зелений.
    crossingRequested = false; // Старий запит виконано.

  } else { // Час зміни ще не настав.
    return; // Залишаємо поточний стан.
  }

  phaseStartedAt = now; // Запам’ятовуємо початок нового стану.
}

phase зберігає один із п’яти станів: GREEN, BLINK, YELLOW, RED або READY. crossingRequested означає, що пішохід натиснув кнопку. elapsed — час від початку поточного стану.

У кожному рядку if перевіряємо стан і час. Якщо переходити ще рано, return завершує тільки цю функцію. Після переходу запам’ятовуємо новий час у phaseStartedAt.

Урок 6 · Крок 7 / 10

Три дії в loop()

void loop() {
  unsigned long now = millis(); // Один показ часу для всіх дій цього оберту.
  readButton(now); // Читаємо кнопку та запам’ятовуємо новий запит.
  updatePhase(now); // Перемикаємо стан, якщо настав його час.
  showLights(now - phaseStartedAt); // Показуємо кольори та оновлюємо блимання.
}

readButton(now) приймає зміну кнопки лише після 30 мс стабільного читання. Нове натискання на зеленому зберігає запит; утримання не створює нових запитів.
updatePhase(now) визначає, чи час перейти до наступного сигналу.
showLights(now - phaseStartedAt) встановлює виходи відповідно до поточного стану.

У showLights змінна flashOn чергується між false і true кожні 500 мс. Вираз (elapsed / HALF_BLINK_MS) % 2 дає 0, 1, 0, 1…: 0 — темно, 1 — світло. Стан BLINK триває 3 секунди, тому зелений блимає тричі.

Довгих delay немає: усі три функції швидко завершуються, і loop знову читає кнопку. Повний код кожної функції є в блоці «Код і файли».

Повний код і файли проєкту

Запит із кнопки запускає послідовність сигналів без довгих delay.

#include <Arduino.h> // Команди плати Arduino.

const byte RED_PIN = 8; // Червоний LED.
const byte YELLOW_PIN = 9; // Жовтий LED.
const byte GREEN_PIN = 10; // Зелений LED.
const byte BUTTON_PIN = 2; // Кнопка замикає D2 на GND.
const unsigned long GREEN_MS = 5000; // Мінімум 5 секунд зеленого.
const unsigned long BLINK_MS = 3000; // Три блимання по одній секунді.
const unsigned long HALF_BLINK_MS = 500; // Пів секунди темно, пів секунди світло.
const unsigned long YELLOW_MS = 2000; // 2 секунди жовтого.
const unsigned long RED_MS = 5000; // 5 секунд для переходу.
const unsigned long READY_MS = 1000; // 1 секунда червоного з жовтим.
const unsigned long DEBOUNCE_MS = 30; // Чекаємо стабільного контакту.
enum Phase { GREEN, BLINK, YELLOW, RED, READY }; // Імена п’яти станів.
Phase phase = GREEN; // Починаємо із зеленого.
bool crossingRequested = false; // Чи є запит на перехід.
bool lastReading = HIGH; // Попереднє читання кнопки.
bool buttonState = HIGH; // Стабільний стан кнопки.
unsigned long buttonChangedAt = 0; // Коли змінився контакт кнопки.
unsigned long phaseStartedAt = 0; // Коли почався поточний стан.

void showLights(unsigned long elapsed) {
  digitalWrite(RED_PIN, phase == RED || phase == READY); // Червоний у двох станах.
  digitalWrite(YELLOW_PIN, phase == YELLOW || phase == READY); // Жовтий у двох станах.
  bool flashOn = (elapsed / HALF_BLINK_MS) % 2 == 1; // Чергуємо темну та світлу половини секунди.
  bool greenOn = phase == GREEN || (phase == BLINK && flashOn); // Зелений горить постійно або блимає.
  digitalWrite(GREEN_PIN, greenOn); // Передаємо обчислений стан на зелений LED.
}

void setup() { // Підготовка після ввімкнення.
  pinMode(RED_PIN, OUTPUT); // Вихід червоного LED.
  pinMode(YELLOW_PIN, OUTPUT); // Вихід жовтого LED.
  pinMode(GREEN_PIN, OUTPUT); // Вихід зеленого LED.
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); // Відпущена кнопка дає HIGH.
  phaseStartedAt = millis(); // Запам’ятовуємо початок зеленого.
  showLights(0); // Показуємо початковий стан.
}

void readButton(unsigned long now) {
  bool reading = digitalRead(BUTTON_PIN); // Читаємо контакт.

  if (reading != lastReading) { // Контакт щойно змінився.
    lastReading = reading; // Зберігаємо нове читання.
    buttonChangedAt = now; // Починаємо відлік стабілізації.
  }

  if (now - buttonChangedAt >= DEBOUNCE_MS && reading != buttonState) { // Стан стабільний.
    buttonState = reading; // Приймаємо зміну кнопки.

    if (buttonState == LOW && phase == GREEN) { // Нове натискання на зеленому.
      crossingRequested = true; // Зберігаємо запит навіть після відпускання.
    }

  }
}

void updatePhase(unsigned long now) {
  unsigned long elapsed = now - phaseStartedAt; // Тривалість поточного стану.

  if (phase == GREEN && crossingRequested && elapsed >= GREEN_MS) { // Можна завершити зелений.
    phase = BLINK; // Спершу три блимання зеленого.

  } else if (phase == BLINK && elapsed >= BLINK_MS) { // Три блимання завершились.
    phase = YELLOW; // Після них вмикаємо жовтий.

  } else if (phase == YELLOW && elapsed >= YELLOW_MS) { // Жовтий завершився.
    phase = RED; // Вмикаємо червоний.

  } else if (phase == RED && elapsed >= RED_MS) { // Час переходу завершився.
    phase = READY; // Червоний разом із жовтим.

  } else if (phase == READY && elapsed >= READY_MS) { // Повертаємо рух.
    phase = GREEN; // Знову зелений.
    crossingRequested = false; // Старий запит виконано.

  } else { // Час зміни ще не настав.
    return; // Залишаємо поточний стан.
  }

  phaseStartedAt = now; // Запам’ятовуємо початок нового стану.
}

void loop() {
  unsigned long now = millis(); // Один показ часу для всіх дій цього оберту.
  readButton(now); // Читаємо кнопку та запам’ятовуємо новий запит.
  updatePhase(now); // Перемикаємо стан, якщо настав його час.
  showLights(now - phaseStartedAt); // Показуємо кольори та оновлюємо блимання.
}

Урок PDF Файли для Wokwi · ZIPВідкрити у Wokwi ↗

Wokwi потребує інтернету. Завантажений HTML-урок працює офлайн.

Урок 6 · Повний код

Світлофор із кнопкою

Запит із кнопки запускає послідовність сигналів без довгих delay.

#include <Arduino.h> // Команди плати Arduino.

const byte RED_PIN = 8; // Червоний LED.
const byte YELLOW_PIN = 9; // Жовтий LED.
const byte GREEN_PIN = 10; // Зелений LED.
const byte BUTTON_PIN = 2; // Кнопка замикає D2 на GND.
const unsigned long GREEN_MS = 5000; // Мінімум 5 секунд зеленого.
const unsigned long BLINK_MS = 3000; // Три блимання по одній секунді.
const unsigned long HALF_BLINK_MS = 500; // Пів секунди темно, пів секунди світло.
const unsigned long YELLOW_MS = 2000; // 2 секунди жовтого.
const unsigned long RED_MS = 5000; // 5 секунд для переходу.
const unsigned long READY_MS = 1000; // 1 секунда червоного з жовтим.
const unsigned long DEBOUNCE_MS = 30; // Чекаємо стабільного контакту.
enum Phase { GREEN, BLINK, YELLOW, RED, READY }; // Імена п’яти станів.
Phase phase = GREEN; // Починаємо із зеленого.
bool crossingRequested = false; // Чи є запит на перехід.
bool lastReading = HIGH; // Попереднє читання кнопки.
bool buttonState = HIGH; // Стабільний стан кнопки.
unsigned long buttonChangedAt = 0; // Коли змінився контакт кнопки.
unsigned long phaseStartedAt = 0; // Коли почався поточний стан.

void showLights(unsigned long elapsed) {
  digitalWrite(RED_PIN, phase == RED || phase == READY); // Червоний у двох станах.
  digitalWrite(YELLOW_PIN, phase == YELLOW || phase == READY); // Жовтий у двох станах.
  bool flashOn = (elapsed / HALF_BLINK_MS) % 2 == 1; // Чергуємо темну та світлу половини секунди.
  bool greenOn = phase == GREEN || (phase == BLINK && flashOn); // Зелений горить постійно або блимає.
  digitalWrite(GREEN_PIN, greenOn); // Передаємо обчислений стан на зелений LED.
}

void setup() { // Підготовка після ввімкнення.
  pinMode(RED_PIN, OUTPUT); // Вихід червоного LED.
  pinMode(YELLOW_PIN, OUTPUT); // Вихід жовтого LED.
  pinMode(GREEN_PIN, OUTPUT); // Вихід зеленого LED.
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); // Відпущена кнопка дає HIGH.
  phaseStartedAt = millis(); // Запам’ятовуємо початок зеленого.
  showLights(0); // Показуємо початковий стан.
}

void readButton(unsigned long now) {
  bool reading = digitalRead(BUTTON_PIN); // Читаємо контакт.

  if (reading != lastReading) { // Контакт щойно змінився.
    lastReading = reading; // Зберігаємо нове читання.
    buttonChangedAt = now; // Починаємо відлік стабілізації.
  }

  if (now - buttonChangedAt >= DEBOUNCE_MS && reading != buttonState) { // Стан стабільний.
    buttonState = reading; // Приймаємо зміну кнопки.

    if (buttonState == LOW && phase == GREEN) { // Нове натискання на зеленому.
      crossingRequested = true; // Зберігаємо запит навіть після відпускання.
    }

  }
}

void updatePhase(unsigned long now) {
  unsigned long elapsed = now - phaseStartedAt; // Тривалість поточного стану.

  if (phase == GREEN && crossingRequested && elapsed >= GREEN_MS) { // Можна завершити зелений.
    phase = BLINK; // Спершу три блимання зеленого.

  } else if (phase == BLINK && elapsed >= BLINK_MS) { // Три блимання завершились.
    phase = YELLOW; // Після них вмикаємо жовтий.

  } else if (phase == YELLOW && elapsed >= YELLOW_MS) { // Жовтий завершився.
    phase = RED; // Вмикаємо червоний.

  } else if (phase == RED && elapsed >= RED_MS) { // Час переходу завершився.
    phase = READY; // Червоний разом із жовтим.

  } else if (phase == READY && elapsed >= READY_MS) { // Повертаємо рух.
    phase = GREEN; // Знову зелений.
    crossingRequested = false; // Старий запит виконано.

  } else { // Час зміни ще не настав.
    return; // Залишаємо поточний стан.
  }

  phaseStartedAt = now; // Запам’ятовуємо початок нового стану.
}

void loop() {
  unsigned long now = millis(); // Один показ часу для всіх дій цього оберту.
  readButton(now); // Читаємо кнопку та запам’ятовуємо новий запит.
  updatePhase(now); // Перемикаємо стан, якщо настав його час.
  showLights(now - phaseStartedAt); // Показуємо кольори та оновлюємо блимання.
}