重力感應(yīng)式智能便攜鬧鐘的軟硬件實(shí)現(xiàn)
一、項(xiàng)目概述
1.1 引言
普通的鬧鐘只具有時(shí)間顯示和語(yǔ)音提醒功能,若設(shè)想一種鬧鐘不僅可以進(jìn)行時(shí)間顯示,而且到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間時(shí)可以在表盤(pán)上顯示相關(guān)的事務(wù)提醒,那么鬧鐘的功能可以得以極大的豐富。
1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)
第一,參照PSoC Rocks例程所演示的效果,拓展到可以用一系列的LED燈來(lái)進(jìn)行文字顯示;
第二,曾看過(guò)有人用一個(gè)馬達(dá)帶動(dòng)一系列LED燈,并施以一定的控制來(lái)完成表盤(pán)時(shí)鐘的顯示,覺(jué)得既有趣又具有觀(guān)賞性,所以會(huì)想到將其功能復(fù)雜化,嘗試完成文字顯示;
第三,考慮到PSoC開(kāi)發(fā)板集成有重力感應(yīng)器,可以用來(lái)對(duì)鬧鐘的功能進(jìn)行擴(kuò)展,當(dāng)器件處于不同的放置狀態(tài)時(shí)進(jìn)行不同的內(nèi)容顯示;
二、需求分析
2.1 功能要求
1、時(shí)鐘顯示功能:這是系統(tǒng)最基本的功能,通過(guò)控制器控制LED燈的點(diǎn)亮與熄滅,在人的視覺(jué)暫留效應(yīng)下,就會(huì)在視線(xiàn)里出現(xiàn)表盤(pán)和走動(dòng)的指針;該功能比普通時(shí)鐘更具觀(guān)賞性和趣味性。
2、溫度顯示功能:這是時(shí)鐘系統(tǒng)的一個(gè)附加功能,主要是為了擴(kuò)展時(shí)鐘功能并進(jìn)一步利用PSoC芯片的資源。
3、鬧鐘功能:這是該系統(tǒng)較大的亮點(diǎn)所在,將鬧鐘的語(yǔ)音提醒與文字提醒相結(jié)合,從更好更準(zhǔn)確地完成提醒功能。
2.2 性能要求
1、時(shí)鐘的準(zhǔn)確度要求:這是時(shí)鐘必須具備的性能之一,不準(zhǔn)確的時(shí)鐘基本沒(méi)用。
2、溫度的精度要求:溫度檢測(cè)允許存在一定的誤差,由于不涉及高精度測(cè)量,所以1~2度以?xún)?nèi)的誤差都是可以接受的。
3、顯示系統(tǒng)的清晰度要求:LED顯示系統(tǒng)的視覺(jué)效果應(yīng)足夠清晰易于辨認(rèn)。
三、方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理(除圖片外需有文字介紹)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)功能說(shuō)明:該系統(tǒng)通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)一系列的LED燈旋轉(zhuǎn),加之人的視覺(jué)暫留效應(yīng)從而完成一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示系統(tǒng)。重力感應(yīng)傳感器用以檢測(cè)鬧鐘放置狀態(tài),并反饋給控制器從而控制LED顯示系統(tǒng)進(jìn)行不同模式下的內(nèi)容顯示(時(shí)鐘模式、溫度模式、設(shè)置模式);溫度傳感器只在溫度模式下啟用,用來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度,繼而通過(guò) LED顯示系統(tǒng)顯示;時(shí)鐘模式時(shí),在控制器作用下,控制各LED燈的閃爍從而實(shí)現(xiàn)表盤(pán)時(shí)鐘的顯示。
3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置
硬件平臺(tái)選用基于PSoC的自制平臺(tái),因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)原理,無(wú)法采用大賽提供的開(kāi)發(fā)板來(lái)完成,且開(kāi)發(fā)板所集成的各模塊并未全部用上,所以我們選擇自主設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),硬件主要包括有PSoC芯片、加速度感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器及數(shù)十個(gè)LED燈外加一個(gè)直流馬達(dá)(需配備減速器),硬件結(jié)構(gòu)選用易于做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu),如下圖所示。
簡(jiǎn)易的硬件結(jié)構(gòu)示意圖
3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)
構(gòu)建系統(tǒng)的元件主要有檢測(cè)元件、控制器和顯示元件,這些元件搭建的系統(tǒng)架構(gòu)可用下圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
系統(tǒng)軟件架構(gòu)
由于構(gòu)建的系統(tǒng)并不復(fù)雜,故其架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單明了,下面對(duì)各模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。檢測(cè)元件:相當(dāng)于是信號(hào)采集元件,負(fù)責(zé)搜集周?chē)h(huán)境的信息并反饋給控制器分析,繼而是控制器發(fā)出相應(yīng)指令控制其他元件。信號(hào)采集階段的關(guān)鍵是對(duì)采集信號(hào)的處理,如AD轉(zhuǎn)換,PSoC所集成的Delta-Sigma ADC完全能夠滿(mǎn)足我們的高精度信號(hào)采集的需求。
控制器:是系統(tǒng)的核心部分,外圍設(shè)備所有的功能實(shí)現(xiàn)基本上都由控制器發(fā)出指令并加以控制,系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于控制器能夠正確控制LED燈的閃爍,從而完成顯示。
顯示系統(tǒng):由馬達(dá)和一系列LED燈組成,顯示功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于控制器的控制指令及馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.4 系統(tǒng)軟件流程(除圖片外需有文字介紹)
主程序流程圖
中斷服務(wù)程序流程圖
3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果
時(shí)鐘模式下,LED顯示系統(tǒng)顯示表盤(pán)式時(shí)鐘,即帶有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)針、分針、秒針的時(shí)鐘,到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間,如早上7點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音且表盤(pán)顯示“get up”,提示起床;下午1點(diǎn)時(shí)表盤(pán)上發(fā)出聲音顯示“rest”提示午休等;將鬧鐘旋轉(zhuǎn)90度放置進(jìn)入溫度顯示模式,根據(jù)溫度傳感器的測(cè)量值顯示環(huán)境的溫度;繼續(xù)將鬧鐘旋轉(zhuǎn)90度放置進(jìn)入設(shè)置模式,可用來(lái)設(shè)置鬧鐘時(shí)間。