【互动交通信号灯】基于Mind+ Ardunio入门教程03 DF创客社区

本帖最后由 DFEDU 于 2019-11-27 11:01 编辑

有没有试着做上面那个课后作业呢？做出来的话，说明你已经基本掌握上面所学的东西了，如果不会也没关系，我相信，看完这个章节，前面那个问题就不攻自破了！我们这回就基于上面这个交通灯来进行一个拓展，增加一种行人按键请求通过马路的功能。当按钮被按下时，Arduino会自动反应，改变交通灯的状态，让车停下，允许行人通过。

这个项目中，我们开始要实现Arduino的互动了，也会在代码学习中掌握如何创建自己的函数。这次的代码相对长一点，耐下心来，等看完这一章，相信你能收获颇丰！

所需元件

￭ 2× 5mm LED灯

￭ 1× 5mm LED灯

￭ 6× 220欧电阻

￭ 1× 按钮

*我们之后在所需元件中将不再重复罗列以下三样，UNO、扩展板+面包板、面包线。但是，每次都还是需要用到的。

这里5个LED灯，为什么会用到了6个电阻呢？我们知道5个电阻是LED的限流电阻。还有一个电阻是给按钮的，它叫做下拉电阻（我们后面会解释）。

硬件连接

按图3-1的连线图连接你的电路。特别要注意的是，这次连线比较多，注意不要插错。下图中，面包板上标出淡绿色的不是跳线，只是为了说明纵向的孔导通，避免你插错。给Arduino上电前认真检查你的接线是否正确。在连线时，保持电源是断开的状态，也就是没有插USB线。

图3-1 互动交通信号灯连线图

图形化编程

在本项目中，需要用到变量和函数，因此我们先来学习一下如何在Mind+中新建变量以及定义函数。

变量的新建

STEP1：点击“新建数字类型变量”。

STEP2：输入合适的变量名。给变量命名时，可以用字母、数字、下划线开头，Mind+里面特别开发了中文变量，输入中文时在自动生成的代码中，会自动转换成汉语拼音字母。

STEP3：新变量

已经建立好，以备之后使用。

*因为Mind+为我们的变量加了前缀以防冲突，所以在自动生成代码中的变量名和自己起的会不同，加上了mind_n_ 的前缀。

定义新函数

STEP1：点击“自定义模块”。

STEP2：输入合适的函数名。命名规则等同变量，一样可以输入汉字，Mind+会进行转化。

STEP3：此时在指令区出现了

，我们可以在他的下方进行编程，定义此函数的内容。

STEP4：在程序中调用函数，将

拖入到程序中，即实现了函数的调用。

样例程序的输入

连接主板和电脑，打开Mind+载入扩展库，输入样例程序3-1所示程序。

需要建立三个新变量，你有发现是哪三个吗？如在编写的时候遇到困难，可以先行阅读指令学习，了解本项目中所使用的新指令。本项目中涉及的新指令较多，需要静下心来细致地消化和吸收。

样例程序 3-1：

输入完毕后，检查是否处于

点击

，给Arduino下载程序。

下载完成后，可以尝试按下按钮。看看是什么样的效果？我们可以看到整个变化过程是这样的——开始时，汽车灯为绿灯，行人灯为红灯，代表车行人停。一旦行人，也就是你，按下按钮，请求过马路，那么汽车灯由绿变黄、变红，行人灯就开始由红变绿。在行人通行的过程中，设置了一个过马路的时间crossTime，一旦到点，行人绿灯开始闪烁，提醒行人快速过马路。闪烁完毕，最终，又回到了开始的状态，汽车灯为绿灯，行人灯为红灯。

图形化指令学习

   乍一看指令似乎很复杂，其实理清一下思路并不难，代码学习中将带着你一步步理解每一条指令起到了什么作用，相信你一定会很快理解整个程序是如何运行的了！

代码学习
[mw_shl_code=c,false]// 动态变量
volatile float mind_n_crossTime, mind_n_changeTime, mind_n_ButtonState;
// 函数声明
void DF_changelight();

// 主程序开始
void setup() {
      mind_n_crossTime = 5;
      mind_n_changeTime = 0;
      digitalWrite(10, HIGH);
      digitalWrite(8, HIGH);
}
void loop() {
      mind_n_ButtonState = digitalRead(9);
      if (((mind_n_ButtonState==1) && ((millis()-mind_n_changeTime)>5000))) {
            DF_changelight();
      }
}

// 自定义函数
void DF_changelight() {
      digitalWrite(10, LOW);
      digitalWrite(11, HIGH);
      delay(2000);
      digitalWrite(11, LOW);
      digitalWrite(12, HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(8, LOW);
      digitalWrite(7, HIGH);
      delay(mind_n_crossTime * 1000);
      for (int index = 0; index < 10; index++) {
            digitalWrite(7, HIGH);
            delay(250);
            digitalWrite(7, LOW);
            delay(250);
      }
      digitalWrite(8, HIGH);
      delay(500);
      digitalWrite(12, LOW);
      digitalWrite(11, HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(11, LOW);
      digitalWrite(10, HIGH);
      mind_n_changeTime = millis();
}[/mw_shl_code]

我们来看第一行代码

[mw_shl_code=c,false]// 动态变量 [/mw_shl_code]

这是代码中的说明文字，可以叫做注释。

注释

这里的注释是以”//”开始，这个符号所在行之后的文字将不被编译器编译。注释在代码中是非常有用的，它可以帮助你理解代码，如果项目比较复杂，自然而然，代码也会随之非常的长，而此时注释就会发挥很大作用，可以快速帮你回忆起这段代码的功能。同样，当把你的代码分享给别人的时候，别人也会很快理解你的代码。

还有另外一种写注释的方式，用“/*…*/”,这个符号的作用是可以注释多行，这也是与上一种注释方式的区别之处。在/*和*/中间的所有内容都将被编译器忽略，不进行编译。

例如以下文字：

/* 在这两个符号之间的文字，

都将被注释掉，编译器自动不进行编译，

注释掉的文字将会呈现灰色 */

Mind+将自动把注释的文字颜色变为灰色。

变量的内容较多，我们先来看第三、第四行

[mw_shl_code=c,false]// 函数声明
void DF_changelight(); [/mw_shl_code]

函数声明

本课图形化编程时，在使用函数前，我们需要点击按钮，新建并命名一个新的函数。在代码编程时也是如此，需要在定义、调用函数前务必先声明！否则程序中的这一函数都无法执行。本课程中大多使用没有输入、输出的函数。它的申明格式如下：

void FunctionName ()；

其他包含输入、输出的函数声明格式，在之后的项目中遇到了会具体分析。

何为变量？

[mw_shl_code=c,false]volatile float mind_n_crossTime, mind_n_changeTime, mind_n_ButtonState; [/mw_shl_code]

第二行代码的作用是声明变量，每次使用一个新的变量前，我们都需要去对其声明，对应指令区的：

但变量是什么呢？

我们做个这样的比方，变量好比一个盒子，盒子的空间用来存放东西的，想要放的东西一定要比盒子小，那样才放的下，否则会溢出。变量也是一样，你存储的数据一定要在变量的范围内，否则会出现溢出。

之所以叫变量，是因为程序运行过程中，可以改变它的值。程序中，有时候会对变量值进行数字计算，变量的值也会随之发生变化。在以后的项目中，我们会有深入的了解。

在之前学习如何新建变量中，我们已经知道在给变量起名时，由于Mind+可以帮你直接转化变量名从而不产生冲突，但是在代码编程中，变量的命名有很多规则，比如在c语言中，变量名必须以一个字母开头，之后可以包含字母、数字、下划线。注意C语言认为大小写字母是不同的。C语言中还有一些特定的名称也是不能使用的，比如main，if，while等。为了避免这些特定名称作为变量名，所有这些名称在程序中显示为高亮色。

变量这个盒子无限大吗?

之前举例了变量像个盒子，那变量是不是也像盒子一般有不同的大小呢？就像生活中的收纳盒，小的用来装文具，大的可以放下书本，而有的专门用来存放衣物。

答案是有的！变量这个盒子有很多类型和尺寸，具体可以阅读表3-1。

表3-1程序中可能用到的变量数据类型

从上面表格可以看到，变量的类型有很多，不同的数对应不同的变量，int和long是针对整数变量，char是针对字符型变量，而float，double是针对含有小数点的变量。

那又有人问，设置不同大小的盒子干嘛呢？一样大不就行啦，都设置的大一点。理论上没有什么不可以的，可是我们不能忽略一个问题，那就是微控制器的内部存储容量是有限定的。电脑有内存，我们的微控制器同样有内存。像Arduino UNO板上的用的主芯片Atmega328最大内存是32K。

在Mind+中使用图形化编程新建数字类型变量指令时，为简化使用，都采用了float型的变量并加入了volatile修饰符，这是为了兼顾使用小数、整数及在中断中使用变量，在我们手动编程时则可以根据需要选择变量类型和修饰词。

全局变量和局部变量

我们这里要引用一个新的概念，是全局变量和局部变量。

全局变量，例如在第二行中所声明的变量，它能在整个程序中起作用，但条件是，必须在setup()、loop()函数外声明。

[mw_shl_code=c,false]volatile float mind_n_crossTime, mind_n_changeTime, mind_n_ButtonState; [/mw_shl_code]

局部变量，例如32行中的index

[mw_shl_code=c,false]for (int index = 0; index < 10; index++) { }[/mw_shl_code]

这类变量只在自己的代码内起作用。就像我们这里for循环中的变量index，它就是个局部变量。因此在项目二中每个for循环中都有一个变量index，但它们不冲突的原因，就是它们只在自己的循环中执行。

我们接着往下看代码，会在14行发现一个新的函数 digitalRead()

[mw_shl_code=c,false]mind_n_ButtonState = digitalRead(9); [/mw_shl_code]

￭ digitalRead()

这个函数是用来读取数字引脚状态，HIGH还是LOW（其实HIGH还有一种表达就是“1”，LOW是“0”，只是HIGH/LOW更直观）。函数需要一个传递参数——pin，这里需要读取的是按键信号，按键所在引脚是数字引脚9。

并且把读到的信号传递给变量mind_n_ButtonState，用于后面进行判断。ButtonState为 HIGH或者说为1时，说明按键被按下了。ButtonState为LOW或者0，表明按键没被按下。

*本章之前已经讲解了Mind+在代码中给变量命名时会增加前缀，行文中在提到变量时以命名时输入的变量名代替。

所以，可以直接检查state的值来判断按钮是否被按下：

[mw_shl_code=c,false] if (((mind_n_ButtonState==1) && ((millis()-mind_n_changeTime)>5000)))

{
      changelight();
}  [/mw_shl_code]

这里涉及新的语句——if语句。

￭ if语句

它是一种条件判断的语句，判断是否满足括号内的条件，如满足则执行花括号内的语句，如不满足则跳出if语句。

if语句格式如下：

if(表达式){

语句；

}

表达式是指我们的判断条件，通常为一些关系式或逻辑式，也可是直接表示某一数值。如果if表达式条件为真，则执行if中的语句。表达式条件为假，则跳出if语句。

我们代码中，第一个条件是ButtonState变量为HIGH。如果按键被按下，ButtonState就会变为HIGH。第二个条件是millis()的值减changeTime的值大于5000。这两个条件之间有个“&&”符号。这是一种逻辑运算符，表示的含义是两者同时满足。

在if的判断条件中，我们可以发现这(millis()-mind_n_changeTime)>5000中有一个新的函数。

￭ millis()

millis()是一个函数，该函数是Arduino语言自有的函数，它返回值是一个时间，Arduino开始运行到执行到当前的时间，也称之为机器时间，就像一个隐形时钟，从控制器开始运行的那一刻起开始计时，以毫秒为单位。变量changeTime初始化时，不存储任何数值，只有在Arduino运行之后，将millis()值赋给它，它才开始有数值，并且随着millis()值变化而变化。通过millis()函数不断记录时间，判断两次按键之间的时间是不是大于5秒，如果在5秒之内不予反应。这样做能防止重复按键而导致的运行错误。

逻辑运算符

指令学习中已经提到了逻辑运算符，在if语句的判断条件中&&也是其中之一，常用的逻辑运算符有：

&& —— 逻辑与（两者同时满足）

|| —— 逻辑或（两者其中一个满足）

！ —— 逻辑非（取反，相反的情况）

表中的1、0，既能够分别代表着高（1）、低电平（0），也能够代表着判断后的真（1）、假（0）

例如 (10 > 8) && (9<5)这一句的返回值是多少呢？

10>8我们判断后这是正确的，那么这个比较语句的返回值为1。9<5 显然是假的，返回值为0。整个语句可以简化为1 && 0，再由上方的真值表可以得出，（10 > 8）&&（9<5 ）的返回值为0。

if语句内只有一个函数：

￭ changeLights();

这是一个函数调用的例子。该函数单独写在了loop()函数之外。我们需要使用的时，直接写出函数名就可以实现调用了。该函数是void型且后面括号内为空，所以是无返回值、无传递参数的函数。当函数被调用时，程序也就自动跳到它的函数中运行。运行完之后，再跳回主函数。需要特别注意的：函数调用时，函数名后面的括号不能省，要和所写的函数保持一致。changeLights() 函数内部程序请自行理解，这里就不做说明了。

硬件回顾

按键开关

按键一共有4个引脚，图3-2分别显示了正面与背面。而图3-3则说明了按键的工作原理。一旦按下后，左右两侧就被导通了，而上下两端始终导通。