在 Velxio 上用 Arduino 搭建交通灯模拟器

简介

是否曾想搭建一个交通灯，却苦于手边没有元件？借助 Velxio，您可以直接在浏览器中模拟一整套基于 Arduino 的交通灯系统。本项目使用三个 LED（红、黄、绿）连接 Arduino Uno，模拟经典的交通灯顺序：红 → 黄 → 绿 → 黄 → 红。这是一个完美的入门项目，帮助您学习数字输出、时序控制和顺序逻辑。

电路详解

让我们来看看电路。下图展示了完整的接线方式：

Velxio 模拟器画布上的交通灯电路图

元件清单

Arduino Uno – 整个系统的大脑。
红色 LED – 连接到数字引脚 13。
黄色 LED – 连接到数字引脚 12。
绿色 LED – 连接到数字引脚 11。
电阻 – 每个 LED 都需要一个限流电阻（通常为 220Ω）串联在其阳极上。在 Velxio 中，内置 LED 已包含内部电阻，因此无需手动添加。

接线细节

每个 LED 有两个引脚：阳极（较长引脚，标记为 “A”）和阴极（较短引脚，标记为 “C”）。接线非常简单：

红色 LED：阳极通过红色导线（#ff0000）连接到 Arduino 引脚 13。阴极通过黑色导线连接到 Arduino GND。
黄色 LED：阳极通过黄色导线（#ffaa00）连接到 Arduino 引脚 12。阴极连接到 GND。
绿色 LED：阳极通过绿色导线（#00ff00）连接到 Arduino 引脚 11。阴极连接到 GND。

三个 LED 共用 Arduino 上的同一个 GND 连接。这是一种共地配置。

代码详解

现在让我们来看看控制灯光变化的代码。在 Velxio 中打开代码编辑器：

Velxio Monaco 编辑器中的交通灯源代码

// Traffic Light Simulator
// Red -> Yellow -> Green -> Yellow -> Red

const int RED_PIN = 13;
const int YELLOW_PIN = 12;
const int GREEN_PIN = 11;

void setup() {
  pinMode(RED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW_PIN, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Red light
  digitalWrite(RED_PIN, HIGH);
  delay(3000);
  digitalWrite(RED_PIN, LOW);

  // Yellow light
  digitalWrite(YELLOW_PIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(YELLOW_PIN, LOW);

  // Green light
  digitalWrite(GREEN_PIN, HIGH);
  delay(3000);
  digitalWrite(GREEN_PIN, LOW);

  // Yellow light again
  digitalWrite(YELLOW_PIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(YELLOW_PIN, LOW);
}

工作原理

引脚定义：我们为三个引脚定义常量：RED_PIN = 13、YELLOW_PIN = 12、GREEN_PIN = 11。这些与接线一致。
初始化：在 setup() 中，我们使用 pinMode() 将三个引脚设置为 OUTPUT 模式。这告诉 Arduino 通过这些引脚输出电压。
循环：loop() 函数会无限运行。它遵循以下顺序：
- 点亮红色 LED（HIGH），等待 3 秒，然后熄灭（LOW）。
- 点亮黄色 LED，等待 1 秒，然后熄灭。
- 点亮绿色 LED，等待 3 秒，然后熄灭。
- 再次点亮黄色 LED，等待 1 秒，然后熄灭。
- 然后循环从红灯重新开始。

这样就形成了熟悉的交通灯模式。

学生需掌握的关键概念

数字输出：digitalWrite(pin, HIGH) 将引脚设置为 5V（开启），LOW 设置为 0V（关闭）。
使用 delay() 控制时序：delay(毫秒) 会暂停程序。注意：当 delay() 运行时，Arduino 无法执行其他任何操作。
顺序逻辑：操作的顺序至关重要。代码逐行执行，因此灯光按可预测的顺序变化。
共地：所有 LED 共用同一个接地连接。这在数字电路中很常见。

常见问题与调试技巧

引脚编号错误：仔细检查代码中的引脚编号是否与接线一致。如果红色 LED 接在引脚 13 上，但代码中写的是 12，它就不会亮。
LED 方向：LED 是有极性的。阳极（长脚）必须连接到 Arduino 引脚，阴极（短脚）连接到 GND。在 Velxio 中，LED 元件默认方向正确。
缺少电阻：在实际电路中，务必为每个 LED 串联一个限流电阻（220Ω–1kΩ）以防止损坏。Velxio 的内置 LED 已包含电阻，但如果使用自定义元件，请添加电阻。
delay() 阻塞问题：如果后续想添加按钮或传感器，delay() 会冻结程序。建议使用 millis() 实现非阻塞时序控制。

扩展建议

在基本交通灯正常工作后，可以尝试以下增强功能：

添加行人按钮：使用一个按钮请求通行信号。按下后，交通灯变为红色，然后点亮一个白色 LED（行人通行）。
使用 millis() 替代 delay()：重写代码，使用 millis() 进行时序控制。这样 Arduino 在等待期间可以检测按钮按下。
添加蜂鸣器：将一个压电蜂鸣器连接到引脚，在绿灯即将变黄时发出提示音。
模拟人行横道：为行人过街添加两个 LED（红和绿），并与交通灯协调工作。