重力感應式智能便攜鬧鐘的軟硬件實(shí)現

一、項目概述

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，若設想一種鬧鐘不僅可以進(jìn)行時(shí)間顯示，而且到達設定的鬧鐘時(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項目背景/選題動(dòng)機

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)板集成有重力感應器，可以用來(lái)對鬧鐘的功能進(jìn)行擴展，當器件處于不同的放置狀態(tài)時(shí)進(jìn)行不同的內容顯示；

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)暫留效應下，就會(huì )在視線(xiàn)里出現表盤(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)鐘系統的一個(gè)附加功能，主要是為了擴展時(shí)鐘功能并進(jìn)一步利用PSoC芯片的資源。

3、鬧鐘功能：這是該系統較大的亮點(diǎn)所在，將鬧鐘的語(yǔ)音提醒與文字提醒相結合，從更好更準確地完成提醒功能。

2.2性能要求

1、時(shí)鐘的準確度要求：這是時(shí)鐘必須具備的性能之一，不準確的時(shí)鐘基本沒(méi)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?xún)鹊恼`差都是可以接受的。

3、顯示系統的清晰度要求：LED顯示系統的視覺(jué)效果應足夠清晰易于辨認。

三、方案設計

3.1系統功能實(shí)現原理（除圖片外需有文字介紹）

系統硬件結構框圖

系統功能說(shuō)明：該系統通過(guò)馬達帶動(dòng)一系列的LED燈旋轉，加之人的視覺(jué)暫留效應從而完成一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示系統。重力感應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顯示系統進(jìn)行不同模式下的內容顯示（時(shí)鐘模式、溫度模式、設置模式）；溫度傳感器只在溫度模式下啟用，用來(lái)檢測環(huán)境溫度，繼而通過(guò)LED顯示系統顯示；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)現表盤(pán)時(shí)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，因為考慮到系統功能的實(shí)現原理，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計硬件結構。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，硬件主要包括有PSoC芯片、加速度感應器、溫度感應器及數十個(gè)LED燈外加一個(gè)直流馬達（需配備減速器），硬件結構選用易于做旋轉運動(dòng)的長(cháng)條狀結構，如下圖所示。

簡(jiǎn)易的硬件結構示意圖

3.3系統軟件架構

構建系統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架構可用下圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

系統軟件架構

由于構建的系統并不復雜，故其架構相對簡(jiǎn)單明了，下面對各模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。檢測元件：相當于是信號采集元件，負責搜集周?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轉換，PSoC所集成的Delta-Sigma ADC完全能夠滿(mǎn)足我們的高精度信號采集的需求。

控制器：是系統的核心部分，外圍設備所有的功能實(shí)現基本上都由控制器發(fā)出指令并加以控制，系統的功能實(shí)現關(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：由馬達和一系列LED燈組成，顯示功能的實(shí)現主要依賴(lài)于控制器的控制指令及馬達的轉動(dòng)。

3.4系統軟件流程（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系統預計實(shí)現結果

時(shí)鐘模式下，LED顯示系統顯示表盤(pán)式時(shí)鐘，即帶有轉動(dòng)時(shí)針、分針、秒針的時(shí)鐘，到達設定的鬧鐘時(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90度放置進(jìn)入溫度顯示模式，根據溫度傳感器的測量值顯示環(huán)境的溫度；繼續將鬧鐘旋轉90度放置進(jìn)入設置模式，可用來(lái)設置鬧鐘時(shí)間。