重力感應(yīng)式智能鬧鐘的軟硬件實現(xiàn)

一、項目概述

1.1 引言

普通的鬧鐘只具有時間顯示和語音提醒功能，若設(shè)想一種鬧鐘不僅可以進(jìn)行時間顯示，而且到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時間時可以在表盤上顯示相關(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 項目背景/選題動機(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燈來進(jìn)行文字顯示;

第二，曾看過有人用一個馬達(dá)帶動一系列LED燈，并施以一定的控制來完成表盤時鐘的顯示，覺得既有趣又具有觀賞性，所以會想到將其功能復(fù)雜化，嘗試完成文字顯示;

第三，考慮到PSoC開發(fā)板集成有重力感應(yīng)器，可以用來對鬧鐘的功能進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)器件處于不同的放置狀態(tài)時進(jìn)行不同的內(nèi)容顯示;

二、需求分析

2.1 功能要求

1、時鐘顯示功能：這是系統(tǒng)最基本的功能，通過控制器控制LED燈的點亮與熄滅，在人的視覺暫留效應(yīng)下，就會在視線里出現(xiàn)表盤和走動的指針;該功能比普通時鐘更具觀賞性和趣味性。

2、溫度顯示功能：這是時鐘系統(tǒng)的一個附加功能，主要是為了擴(kuò)展時鐘功能并進(jìn)一步利用PSoC芯片的資源。

3、鬧鐘功能：這是該系統(tǒng)較大的亮點所在，將鬧鐘的語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、時鐘的準(zhǔn)確度要求：這是時鐘必須具備的性能之一，不準(zhǔn)確的時鐘基本沒用。

2、溫度的精度要求：溫度檢測允許存在一定的誤差，由于不涉及高精度測量，所以1~2度以內(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)的視覺效果應(yīng)足夠清晰易于辨認(rèn)。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(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)功能說明：該系統(tǒng)通過馬達(dá)帶動一系列的LED燈旋轉(zhuǎn)，加之人的視覺暫留效應(yīng)從而完成一個簡單的顯示系統(tǒng)。重力感應(yīng)傳感器用以檢測鬧鐘放置狀態(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，用來檢測環(huán)境溫度，繼而通過LED顯示系統(tǒng)顯示;時鐘模式時，在控制器作用下，控制各LED燈的閃爍從而實現(xiàn)表盤時鐘的顯示。

3.2 硬件平臺選用及資源配置

硬件平臺選用基于PSoC的自制平臺，因為考慮到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)原理，無法采用大賽提供的開發(fā)板來完成，且開發(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)計硬件結(jié)構(gòu)。簡單來說，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LED燈外加一個直流馬達(dá)(需配備減速器)，硬件結(jié)構(gòu)選用易于做旋轉(zhuǎn)運動的長條狀結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

簡易的硬件結(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)行簡單的說明。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)[!--empirenews.page--]

由于構(gòu)建的系統(tǒng)并不復(fù)雜，故其架構(gòu)相對簡單明了，下面對各模塊進(jìn)行簡單的介紹。檢測元件：相當(dāng)于是信號采集元件，負(fù)責(zé)搜集周圍環(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。信號采集階段的關(guān)鍵是對采集信號的處理，如AD轉(zhuǎn)換，PSoC所集成的Delta-Sigma ADC完全能夠滿足我們的高精度信號采集的需求。

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，顯示功能的實現(xiàn)主要依賴于控制器的控制指令及馬達(dá)的轉(zhuǎn)動。

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)計實現(xiàn)結(jié)果

時鐘模式下，LED顯示系統(tǒng)顯示表盤式時鐘，即帶有轉(zhuǎn)動時針、分針、秒針的時鐘，到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時間，如早上7點時發(fā)出聲音且表盤顯示“get up”，提示起床;下午1點時表盤上發(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，可用來設(shè)置鬧鐘時間。