第98-10课：Arduino交通信号灯

第98-10课：Arduino交通信号灯

交通灯是我们很少会去思考的日常系统之一——直到我们亲手搭建一个。在这个项目中，你将使用 Arduino 来模拟真实的交通灯序列：绿灯亮，然后黄灯，然后红灯，每个灯都有各自可配置的持续时间，并无限循环。这是一个完美的初学者项目，因为它教会你顺序定时逻辑、多输出控制，以及你编写的代码与你所看到的物理世界之间的关系。

除了课堂演示之外，你在这里学到的定时逻辑随处可见：

• 为模型铁路或立体模型搭建逼真的交通灯模型
• 为车间或车库创建定时指示系统（例如“可以进入”/“等待”信号）
• 学习带按钮触发阶段的人行横道信号灯的基础知识
• 为工业或家庭自动化任务制作定时继电器序列原型
• 用一个熟悉、易识别的物体教孩子们了解顺序、定时和电子学

最棒的是：上传之后，整个装置就能独立运行。你只需从电脑上对 Arduino 编程一次，然后用电池或适配器供电，它就能永远工作——无需电脑（视频 12:27 处）。

交通灯的工作原理

交通灯实际上只是三个输出的定时序列。Arduino 一次点亮一个 LED，等待设定的秒数，将其关闭，然后切换到下一个。之后循环重复。在视频的示例定时中，绿灯亮 3 秒，黄灯亮 1 秒，红灯亮 3 秒——但所有这些都可以在代码中调整（视频 49:44 处）。

这个序列之所以感觉逼真，是因为这些持续时间反映了现实世界的交通流：绿灯和红灯较长，因为车辆需要时间通过路口，而黄灯较短，因为它只是一个过渡警告。你可以调整这些时间以匹配你喜欢的任何场景。

硬件与组件

这个项目的零件清单很少：

• 1 × Arduino 板（Uno、Nano 或 Mega——任何至少有 3 个数字引脚的板子）
• 3 × LED（红色、黄色/橙色和绿色——不同颜色能让效果更明显）
• 3 × 电阻（300 Ω 到 1 kΩ 都可以；视频中使用的是 1 kΩ）
• 1 × 面包板
• 跳线
• 可选：锂离子电池或 5 V 电源适配器，用于独立运行

视频建议使用三种颜色明显不同的 LED，这样交通灯效果会立刻显现——否则你就得给它们贴标签（视频 02:04 处）。

理解 LED 限流

每个 LED 都需要串联一个限流电阻。原因如下：LED 具有几乎固定的正向电压（标准 5 mm LED 通常约为 2 V），如果你将它直接连接到 5 V，电流会激增并烧毁它。电阻会吸收多余的电压。

使用欧姆定律，如果 LED 压降为 2 V，电源为 5 V，那么电阻上必须压降 3 V。以约 10 mA 的目标电流计算，电阻值大约为 300 Ω（视频 04:41 处）。实际上，从 300 Ω 到 1 kΩ 的任何值都可以——更高的值只会让 LED 更暗。

接线指南

每个 LED 的接线方式都相同：阳极（较长的引脚）连接到 Arduino 数字引脚，阴极（较短的引脚，LED 本体平坦的一侧）通过电阻连接到地。

在视频的接线中，红色 LED 连接到引脚 2，黄色/橙色 LED 连接到引脚 3，绿色 LED 连接到引脚 4（视频 50:50 处）。三个电阻共用面包板上的公共接地轨。面包板上颜色的顺序无关紧要——重要的是代码中的引脚编号与你实际使用的引脚一致。

视频中的一个实用小贴士：电阻可以放在LED的任意一侧。你可以把它放在Arduino引脚和LED阳极之间，或者放在LED阴极和地之间 —— 从电气角度来说是一样的（视频51:52处）。

代码讲解

完整程序可在文章下方获取。这里我们将重点介绍你需要自定义的部分。

在草图顶部，三个引脚定义将每个LED映射到一个数字引脚。如果你将LED连接到了不同的引脚，请修改这些值：

const int greenLED = 4;
const int yellowLED = 3;
const int redLED = 2;

接下来是时间常量。它们以毫秒为单位控制每盏灯保持点亮的时间。视频中默认使用绿灯5000毫秒、黄灯1000毫秒、红灯5000毫秒 —— 但在演示过程中，这些值被改为3秒/1秒/3秒，后来又改为10秒/3秒/10秒（视频56:27处）：

const int greenOnTime = 5000;
const int yellowOnTime = 1000;
const int redOnTime = 5000;

要改变交通灯的节奏，只需编辑这三个值。想要一个缓慢、逼真的十字路口？试试10000、3000、10000。想要快速演示？试试1000、300、1000。

在loop()内部，顺序很直接：打开绿灯，等待，关闭绿灯；打开黄灯，等待，关闭黄灯；打开红灯，等待，关闭红灯；然后循环回到绿灯。串口监视器会打印每次状态变化，以便你验证时序是否符合预期。

现场演示

代码上传后，Arduino会自动运行这个循环。在视频中，绿色LED首先点亮，然后在其持续时间结束后黄灯短暂亮起，接着是红灯，循环立即重新开始（视频55:20处）。

串口监视器以文本形式同步显示 —— “green LED on”、“green off”、“yellow on”等等 —— 这是确认时序值是否按预期工作的好方法。当你准备脱机运行时，断开USB并连接锂离子电池或5V适配器；Arduino将在没有电脑的情况下继续循环运行（视频56:11处）。

本视频的相关项目

• 第98-1课：如何使用Arduino打开和关闭LED
• 第98-2课：如何使用Arduino通过按钮打开和关闭LED
• 第98-3课：如何使用Arduino通过按钮切换LED的开关
• 第98-4课：使用Arduino实现LED渐隐：亮度控制
• 第98-5课：使用Arduino在按下按钮时渐隐灯光
• 第98-6课：使用Arduino的跷跷板LED游戏
• 第98-7课：使用Arduino和5个LED的走马灯
• 第98-8课：使用Arduino的按钮和LED走马灯
• 第98-9课：使用Arduino的LED电压电平表或使用电位器的走马灯

章节

• [00:00] 10个Arduino LED项目概述
• [01:22] Arduino逐步课程介绍
• [02:29] 什么是LED：符号、阳极和阴极
• [03:49] 计算LED限流电阻
• [49:25] 交通灯项目介绍
• [49:44] 交通灯时序讲解
• [50:34] 交通灯接线图
• [52:13] 交通灯代码讲解
• [54:32] 使用串口监视器的现场演示
• [55:30] 修改时序值
• [56:11] 使用电池供电运行交通灯

图像

traffic light timing: green light

交通灯时序：黄灯

交通灯时序：红灯

Arduino交通灯原理图

traffic_lights

Arduino LED交通灯接线

交通灯项目面包板上的红、绿、黄LED

traffic light timing: green light

交通灯时序：黄灯

交通灯时序：红灯

Arduino交通灯原理图

traffic_lights

Arduino LED交通灯接线

交通灯项目面包板上的红、绿、黄LED

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