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Arduino Ampel mit Lego

Ampelanlage mit Arduino

    Ob für die Modellbahn, LEGO oder den Schulunterricht, eine funktionierende Ampelanlage ist einfach super! Sie kann mit unter sehr komplex werden. Hier zeige ich dir, wie du die Ampelanlage einer einfachen Kreuzung mit Fußgängerampel mit Arduino aufbauen kannst.

    Bauteile

    • LEDs
    • 10 Widerstände 220 Ohm

    Schaltplan

    Ampel Schaltplan

    Natürlich können auch die anderen Ampeln der Anlage einfach parallel betrieben werden. Dazu bitte auch den Hinweis weiter unten beachten.

    Ampel Schematische Darstellung, Schematic
    Hier noch einmal als schematische Darstellung.

    Hintergrund

    Welche Ampelphasen gibt es denn bei so einer Ampel? Sehen wir uns die Kreuzung mal genauer an. 


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    Genau wie die Animation könnte man auch die Ampelanlage als Bild betrachten. Die einzelnen Lampen sind die Pixel und die sind entweder an oder aus (Bitmap). Und wie bei einer Animation ist jeder Zustand ein Frame, sozusagen ein Standbild. Welche Bilder sind das denn genau?

    Links sind also die Bilder, rechts ist bereits ein Array-Code. Es ist ein zweidimensionales Array. Wir können es genau so verwenden und müssen nur bestimmen, welcher »State« (oder Frame) gezeigt werden soll. 

    Ampelphasen Kreuzung

    Um nicht so viel Code schreiben zu müssen, legen wir eine extra Methode an:

    void zeigeAmpelphase() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], ampelphasen[myState][i]);
      }
      delay(wartezeiten[myState]);
    }

    Die For-Schleife sorgt dafür, dass jede LED des Arrays ausgewertet wird. 

    Da nicht jede Ampelphase gleich lang angezeigt wird, gibt es ein weiteres Array mit den Wartezeiten der jeweiligen Ampelphase. Diese wird ebenfalls in der zeigeAmpelphase()-Methode ausgewertet. 

    Anzeige

    Code

    Der gesamte Code sieht so aus:

    int ledPins[10] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
    
    int ampelphasen[10][10] = {
      {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 0
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 1
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0},  // state 2
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 3
      {1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 4
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1},  // state 5
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 6
      {0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 7
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 8
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0}   // state 9
    };
    
    int wartezeiten[10] = {5000, 2000, 500, 2000, 500, 5000, 2000, 500, 2000, 500};
    
    int myState = 0;
    
    void setup() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {     
        pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
      }
    }
    
    void zeigeAmpelphase() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], ampelphasen[myState][i]);
      }
      delay(wartezeiten[myState]);
    }
    
    void loop() {
      zeigeAmpelphase();
      myState++;
      if (myState >= 10) myState = 0;
    }

    Hinweis: Ein digitaler Kanal des Arduino-Boards kann bis zu 60 mA liefern. Alle Pins zusammen sind für maximal 200 mA ausgelegt. Bei 5mm Signal-LEDs beträgt der Strom bei einem Vorwiderstand von 220 Ohm 12 – 15 mA. Es können also pro digitalen Pin 4 LEDs gleichzeitig betrieben werden und nicht mehr als 13 LEDs gleichzeitig leuchten. Ansonsten musst du eine Verstärkerschaltung einbauen.


    Ampelanlage mit Anforderungstaster

    Da in den Kommentaren danach gefragt wurde (danke an Ben und Mani), habe ich noch eine Version mit Anforderungstastern für die Fußgängerampeln erstellt.

    Ampelanlage mit Arduino und Taster, Schalter, Anforderungstaster

    Code

    Um die Anforderungstaster nutzen zu können, muss der Code umgebaut werden. Der Befehl

    delay();

    muss durch Timer-Funktionen ersetzt werden. Das habe ich hier mal im Detail erklärt: Timer mit Arduino – Die Alternative zu Delays.

    Wird nun einer der Taster gedrückt und befindet sich gerade die kreuzende Fahrspur im Grün-Modus, wird die vorgesehene Fahrzeit auf 0 gesetzt und somit wird die nächste Ampelphase ausgeführt.

    int ledPins[10] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
    
    int button1Pin = 12;  // Fussgaengerschalter 1
    int button2Pin = 13;  // Fussgaengerschalter 2
    
    int ampelphasen[10][10] = {
      {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 0
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 1
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0},  // state 2
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 3
      {1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 4
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1},  // state 5
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 6
      {0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 7
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 8
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0}   // state 9
    };
    
    long wartezeiten[10] = {5000, 2000, 500, 2000, 500, 5000, 2000, 500, 2000, 500};
    int myState = 0;
    
    long myTimer = 0;
    long myTimeout = 0;
    
    void setup() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {     
        pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
      }
      pinMode(button1Pin, INPUT_PULLUP);
      pinMode(button2Pin, INPUT_PULLUP);
    }
    
    void zeigeAmpelphase() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], ampelphasen[myState][i]);
      }
    }
    
    void loop() {
      if (myTimer+myTimeout<millis()){
        myTimer=millis();
        myState++;
        if (myState >= 10) myState = 0;
        myTimeout=wartezeiten[myState];
        zeigeAmpelphase();
      }
    
      if ((digitalRead(button1Pin)==LOW)&&(myState==0)) myTimeout=0;
      if ((digitalRead(button2Pin)==LOW)&&(myState==5)) myTimeout=0;
      
      delay(10);
    }

    Hier noch eine alternative Version, in der die Fußgänger nach dem Betätigen des Tasters noch etwas warten müssen:

    int ledPins[10] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
    
    int button1Pin = 12;  // Fussgaengerschalter 1
    int button2Pin = 13;  // Fussgaengerschalter 2
    
    int ampelphasen[10][10] = {
      {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 0
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 1
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0},  // state 2
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 3
      {1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 4
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1},  // state 5
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 6
      {0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 7
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 8
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0}   // state 9
    };
    
    long wartezeiten[10] = {5000, 2000, 500, 2000, 500, 5000, 2000, 500, 2000, 500};
    int myState = 0;
    
    long myTimer = 0;
    long myTimeout = 0;
    
    void setup() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
      }
      pinMode(button1Pin, INPUT_PULLUP);
      pinMode(button2Pin, INPUT_PULLUP);
    }
    
    void zeigeAmpelphase() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], ampelphasen[myState][i]);
      }
    }
    
    void loop() {
      if (myTimer + myTimeout < millis()) {
        myTimer = millis();
        myState++;
        if (myState >= 10) myState = 0;
        myTimeout = wartezeiten[myState];
        zeigeAmpelphase();
      }
    
      if ((digitalRead(button1Pin) == LOW) && (myState == 0)) {
        myTimer = millis();
        myTimeout = 2000;
      }
      if ((digitalRead(button2Pin) == LOW) && (myState == 5)) {
        myTimer = millis();
        myTimeout = 2000;
      }
    
      delay(10);
    }

    Und hier noch eine (ungetestete) Variante für Ampelanlagen aus Österreich auf Anfrage von Harald, bei der die Auto-Ampeln viermal blinken, bevor sie auf Gelb schalten.

    int ledPins[10] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11};
    
    int button1Pin = 12;  // Fussgaengerschalter 1
    int button2Pin = 13;  // Fussgaengerschalter 2
    
    int ampelphasen[26][10] = {
      {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 0
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 1
    
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0},  // state 2 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 3 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0},  // state 4 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 5 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0},  // state 6 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 7 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0},  // state 8 B
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0},  // state 9 B
      
      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0},  // state 10
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 11
      {1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 12
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1},  // state 13
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 14
      
      {0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 15 B
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 16 B
      {0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 17 B
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 18 B
      {0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 19 B
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 20 B
      {0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 21 B
      {0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 22 B
      
      {0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 23
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0},  // state 24
      {1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0}   // state 25
    };
    
    long wartezeiten[26] = {5000, 2000, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 500, 2000, 500, 5000, 2000,200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 500, 2000, 500};
    int myState = 0;
    
    long myTimer = 0;
    long myTimeout = 0;
    
    void setup() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
      }
      pinMode(button1Pin, INPUT_PULLUP);
      pinMode(button2Pin, INPUT_PULLUP);
    }
    
    void zeigeAmpelphase() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], ampelphasen[myState][i]);
      }
    }
    
    void loop() {
      if (myTimer + myTimeout < millis()) {
        myTimer = millis();
        myState++;
        if (myState >= 26) myState = 0;
        myTimeout = wartezeiten[myState];
        zeigeAmpelphase();
      }
    
      if ((digitalRead(button1Pin) == LOW) && (myState == 0)) {
        myTimer = millis();
        myTimeout = 2000;
      }
      if ((digitalRead(button2Pin) == LOW) && (myState == 13)) {
        myTimer = millis();
        myTimeout = 2000;
      }
    
      delay(10);
    }

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    35 Comments
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    Raphael
    1 Jahr zuvor

    Diese Schaltung funktionier auch einwandfrei für eine RGB LED.
    Man muss nur ein paar Ziffern ändern und die LED macht in dauerschleife die einzelnen Szenen.

    int ledPins[3] = {8,12,13};
    int ampelphasen[10][10] = {
    {255,0,0}, // state 0
    {50,50,255}, // state 1

    etc etc .

    Wuppermatze
    2 Jahre zuvor

    Das ist wirklich super geworden die Schaltung
    das mit Fritzing muss ich mal testen, habe eigene Schaltungen gemacht
    und Platinen nur noch nicht auf die Idee gekommen die mit Fritzing zu testen

    Was mir aufgefallen ist, beim ersten Code:
    Schaltung von rot nach grün ist in Ordnung
    von grün nach rot fehlt der Schritt grün gelb

    Hast du den Code in der zwischen zeit mal angepasst

    mit besten Grüßen
    Wuppermatze

    Klaus Ras
    Antworte an  Wuppermatze
    4 Monate zuvor

    Hallo bezugnehmend auf die Österreichische Ampelschaltung.
    Ich habe versucht den Code geringfügig abzuändern, bin aber erfolgreich gescheitert.
    Ich bräuchte für mein Diorama ( Straßenbahn -Wien) das ganze ohne Taster und die Phasen Umschaltung viel langsamer.

    Ampeln ( Fußgänger und Auto) blinken gleichzeitig 4x Grün beim Wechsel. Die Gelbphasen ist deutlich länger und währenddessen darf nirgends wo schon grün sein.

    Ich bekomme das leider, mit meinen bescheidenen Wissensstand gar nicht hin. Kann mir wer helfen und den Code anpassen, Danke.

    Rainer Steigner
    3 Jahre zuvor

    Ampelanlage finde ich super! Soweit in jeder Richtung logisch! Versuche allerdings, die Ampelschaltung für Fußgänger realistisch zu schalten, d.h. auf Tastendruck wird das Hauptprogramm unterbrochen, die Amper für Fahrzeuge schaltet sofort auf rot und die Fußgängerroutine läuft ab. Dann soll die Ampelanlage wieder neu in ihrem loop starten. Das habe ich nicht hinbekommen, auch nicht mit interrupts. Gibt es da ne Lösung oder einen Tip?

    Grüße

    Rainer Steigner
    Antworte an  Rainer Steigner
    3 Jahre zuvor

    Ampelanlage finde ich super! Soweit in jeder Richtung logisch! Versuche allerdings, die Ampelschaltung für Fußgänger realistisch zu schalten, d.h. auf Tastendruck wird das Hauptprogramm unterbrochen, die Amper für Fahrzeuge schaltet sofort auf rot und die Fußgängerroutine läuft ab. Dann soll die Ampelanlage wieder neu in ihrem loop starten. Das habe ich nicht hinbekommen, auch nicht mit interrupts. Gibt es da ne Lösung oder einen Tip?

    Grüße

    Voigt marcel
    Antworte an  Stefan Hermann
    2 Jahre zuvor

    Kleine Frage würden sie auch eine Ampel Schaltung für einen großen rc pacur schreiben natürlich kosten los versteht sich

    Jason
    3 Jahre zuvor

    Funktioniert Perfekt

    Sam
    3 Jahre zuvor

    Hallo Stefan

    Habe zwei Fragen:
    1. Wenn ich meinen Code so anpasse wie du ihn gemacht hast für die Steuerung mit Anforderungstaster dann überspringt er natürlich den State0 da ja myState++; vor zeigeAmpelphase(); kommt.
    Das möchte ich aber nicht so haben. Wie könnte ich also den Loop anpassen, dass er den Ablauf wie ohne Anforderungstaster macht.

    2. Irgendwie bekomme ich es einfach nicht hin, dass der Loop unterbricht wenn ich mein Taster drücke. Der Taster soll den State0 wieder einberufen und somit diese Fahrspur grün schalten.
    Testhalber habe ich es so gemacht, dass dies passiert wenn die kreuzende Fahrspur grün hat (State6) und ich den Taster drücke. Aber es passiert einfach nix… Habe das Gefühl mein Code stimmt nicht. Kannst du ihn mal ansehen?

    Mein Code sieht folgendermassen aus:

    // C++ code
    //
    int ledPins[9] = {9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};

    int buttonNSPin = 12;
    int buttonEWPin = 11;
    int buttonPPin= 10;

    int test[2][11] = {
    {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, // testate 0
    {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, // testate 1
    };

    int testpause[2] = {3000, 3000};

    int myTestate = 0;

    int phase[11][9] = {
    {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 0
    {1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 1
    {0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 2
    {0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 3
    {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 4
    {1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0}, // state 5
    {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0}, // state 6
    {1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0}, // state 7
    {1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0}, // state 8
    {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1}, // state 9
    {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0}, // state 10
    };

    long pause[11] = {3000, 1000, 10000, 4000, 3000, 1000, 10000, 4000, 3000, 10000, 5000};

    int myState = 0;

    long myTimer = 0;
    long myTimeout = 0;

    void setup() {
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
    }
    pinMode(buttonNSPin, INPUT_PULLUP);
    pinMode(buttonEWPin, INPUT_PULLUP);
    pinMode(buttonPPin, INPUT_PULLUP);
    // Test-LED
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], test[myTestate][i]);
    }
    delay(testpause[myTestate]);
    myTestate++;
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], test[myTestate][i]);
    }
    delay(testpause[myTestate]);
    }

    void showphase() {
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], phase[myState][i]);
    }
    delay(pause[myState]);
    }

    void loop() {
    if (myTimer + myTimeout = 11) myState = 0;
    myTimeout = pause[myState]
    showphase();
    }

    if ((digitalRead(buttonNSPin) == LOW)&&(myState == 6)) myTimeout=0;
    delay(10);
    }
    }

    Herzlichen Dank im Voraus !!

    René
    4 Jahre zuvor

    Hallo Stefan,
    ich möchte mithilfe des Arduinos eine zeit-und sensorgesteuerte Ampelanlage bauen und es sollte eine Vorrangschaltung für Fahrzeuge enthalten sein, weißt du wie man das macht?

    Anton
    4 Jahre zuvor

    Hallo Stefan,

    ich brauche für ein Projekt eine Ampelschaltung mit zwei sich kreuzenden Spuren, und auf der Hauptspur zusätzlich eine Linksabbieger Spur. Eine Fußgängerschaltung ist auch intergiert, jedoch alle über einen Taster angeschlossen. Jede Spur besitzt jedoch zusätzlich noch einen Wartetaster.
    Wie bekomme ich es hin, das ich in jedem State , jeden Taster abfrage und dann auch immer die komplette Schaltphase einer Ampel(grün gelb rot) zu Ende laufen lasse, bis ich das durch den Taster geforderte State springe? Kann ich verschiedene Spuren Priorisieren?
    Danke und Grüße

    Harald
    4 Jahre zuvor

    Hallo Stefan,

    vielen Dank für deinen tollen Sketch und deinerAusführlichen Beschreibung zur Ampelsteuerung

    Ich habe schon mehrere Ampeln mit Adruino Nano auf unserem Modellbauparcours ( LKW 1:14 ) 300qm
    verbaut – meine Vereinskollegen haben mich gefragt ob es auch möglich sei wie bei uns in Österreich üblich das die grüne LED bevor sie auf gelb umschlatet 4 mal blinkt

    bin damit sehr überfordert :-)

    kannst du mir hier weiterhelfen ?

    Grüße Harald !

    Reginald Schuh
    4 Jahre zuvor

    Hallo Stefan,

    das Programm ist wirklich super, vielen Dank dafür! Ich hätte eine Frage zu einer Erweiterung: Wäre es möglich, auch noch einen Summer/akustischen Signalgeber hinzuzufügen, der in der Grünphase der Fußgängerampeln in Intervallen summt?

    Viele Grüße
    Reg

    Matthias
    5 Jahre zuvor

    Hi Stefan,
    ich hatte mir das Video in YouTube angeschaut zwecks Ampelschaltung echt Klasse.

    Jetzt meine Frage: Was ist das für eine Software die du da nutzt wo du erklärst wie wo was hin muss ?

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    Ich würde mich über deine Meinung freuen.x