Цифровые часы на Arduino с использованием конечного автомата

Приложения и онлайн-сервисы

Об этом проекте

Привет,

Я собираюсь показать вам, как можно создать цифровые часы с помощью YAKINDU Statechart Tools и запустить их на Arduino, который использует экран LCD Keypad Shield.

Оригинальная модель цифровых часов была взята у Дэвида Харела. Он опубликовал статью о «широком расширении традиционного формализма конечных автоматов и диаграмм состояний».

В этой статье он использовал пример цифровых часов для своего исследования. Я использовал его как источник вдохновения и перестроил часы с помощью YAKINDU Statechart Tools (инструмент для создания графических моделей конечных автоматов и генерации кода C / C ++ с их помощью) и вернул их к жизни на Arduino.

Как работают цифровые часы

Начнем с определения того, как должны работать цифровые часы. Вы помните эти ... скажем так ... "ультра крутые" цифровые часы, которые были у всех в 90-х? Встроенный секундомер, различные будильники и раздражающий звуковой сигнал каждый полный час. Если нет, обратите внимание:цифровые часы 90-х.

По сути, это настраиваемые часы с разными режимами. В основном будет отображаться текущее время, но есть и другие особенности. В качестве ввода у вас есть вкл / выкл , режим и набор кнопка. Кроме того, вы можете включать и выключать свет.

В режиме Кнопка позволяет различать режимы и включать / отключать функции часов:

• Отображение времени (Часы)
• Показать дату (Дата)
• Установите будильник (Будильник 1, Будильник 2)
• Включение / отключение звукового сигнала (Установить звуковой сигнал)
• Используйте секундомер (Stop Watch)

В меню вы можете использовать вкл / выкл кнопку для настройки режима. набор кнопка позволяет вам установить время - например, для часов или будильника. Секундомером можно управлять - запускать и останавливать - с помощью кнопки включения и выключения света. Вы также можете использовать встроенный счетчик кругов.

Кроме того, есть звонок, который звонит каждый раз, и интегрированная управляемая подсветка. На первом этапе я не подключал их к Arduino.

Конечный автомат

Я не хочу вдаваться в подробности объяснения этого примера. Это не потому, что он слишком сложный, он просто немного великоват. Я постараюсь объяснить основную идею того, как это работает. Выполнение должно быть самоочевидным, если взглянуть на модель или загрузить и смоделировать ее. Некоторые части конечного автомата суммируются в субрегионах, например, установленное время . область. Этим должна быть обеспечена читаемость конечного автомата.

Модель разделена на две части - графическую и текстовую. В текстовой части будут определены события, переменные и т. Д. В графической части - диаграмме состояний - указано логическое выполнение модели. Чтобы создать конечный автомат, который выполняет указанное поведение, требуются некоторые входные события, которые можно использовать в модели: onoff , установить , режим , свет и light_r. В разделе определения используется внутреннее событие, которое увеличивает значение времени каждые 100 мс:

  каждые 100 мс / раз + =1  

На основе шагов 100 мс текущее время будет рассчитано в формате ЧЧ:ММ:СС формат:

  display.first =(time / 36000)% 24; 
 display.second =(time / 600)% 60; 
 display.third =(time / 10)% 60;  

Значения будут подключены к ЖК-дисплею с помощью операции updateLCD . каждый раз будет вызываться конечный автомат:

  display.updateLCD (display.first, display.second, display.third, display.text)  

Базовое выполнение конечного автомата уже определено в разделе Как работают цифровые часы . . В этом инструменте я использовал некоторые "специальные" элементы моделирования, такие как CompositeState , История , Поддиаграммы , Узлы выхода, и т. д. Подробное описание можно найти в Руководстве пользователя.

Экран ЖК-клавиатуры

Экран LCD Keypad Shield очень хорош для простых проектов, требующих экрана для визуализации и некоторых кнопок в качестве ввода - типичного простого HMI (человеко-машинного интерфейса). Экран ЖК-клавиатуры содержит пять пользовательских кнопок и еще одну для сброса. Все пять кнопок подключены к контакту A0 Arduino. Каждый из них подключен к делителю напряжения, что позволяет различать кнопки.

Вы можете использовать analogRead (0), чтобы найти конкретные значения, которые, конечно, могут отличаться в зависимости от производителя. Этот простой проект отображает текущее значение на ЖК-дисплее:

  #include  
 #include  
 
 LiquidCrystal lcd (8, 9, 4, 5, 6, 7); 
 
 void setup () {
 lcd.begin (16, 2); 
 lcd.setCursor (0,0); 
 lcd.write ("Измеренное значение"); 
} 
 
 void loop () {
 lcd.setCursor (0,1); 
 lcd.print (""); 
 lcd. setCursor (0,1); 
 lcd.print (analogRead (0)); 
 задержка (200); 
}  

Это мои измеренные результаты:

• Нет:1023
• Выбрать:640
• Слева:411
• Вниз:257
• Вверх:100
• Справа:0

С этими порогами можно прочитать кнопки:

  #define NONE 0 
 #define SELECT 1 
 #define LEFT 2 
 #define DOWN 3 
 #define UP 4 
 #define RIGHT 5 
 
 static int readButton () {
 int result =0; 
 result =analogRead (0); 
 if (result <50) {
 return ВПРАВО; 
} 
 if (result <150) {
 return UP; 
} 
 if (result <300) {
 return DOWN; 
} 
 if (result <550) {
 return LEFT; 
} 
 if (result <850) {
 return SELECT; 
} 
 return NONE; 
}  

Взаимодействие с конечным автоматом

Сгенерированный код C ++ конечного автомата предоставляет интерфейсы, которые должны быть реализованы для управления конечным автоматом. Первый шаг - это соединение событий in с клавишами Keypad Shield. Я уже показал, как читать кнопки, но для их взаимодействия с конечным автоматом требуется отключение кнопок - в противном случае события будут возникать несколько раз, что приведет к непредсказуемому поведению. Концепция устранения неполадок программного обеспечения не нова. Вы можете ознакомиться с документацией Arduino.

В моей реализации я обнаруживаю спад (отпускание кнопки). Я читаю значение кнопки, жду 80 мс (лучше с 80 вместо 50), сохраняю результат и читаю новое значение. Если oldResult не было NONE (не нажата), и новый результат - НЕТ , Я знаю, что кнопка была нажата раньше, а теперь отпущена. Затем я вызываю соответствующее событие ввода конечного автомата.

  int oldState =NONE; 
 static void raiseEvents () {
 int buttonPressed =readButton (); 
 delay (80); 
 oldState =buttonPressed; 
 if (oldState! =NONE &&readButton () ==NONE) {
 switch (oldState) {
 case SELECT:{
 stateMachine-> getSCI_Button () -> raise_mode (); 
 break; 
} 
 case LEFT:{
 stateMachine-> getSCI_Button () -> raise_set (); 
 break; 
} 
 case DOWN:{
 stateMachine-> getSCI_Button () -> raise_light (); 
 break; 
} 
 case UP:{
 stateMachine-> getSCI_Button () -> raise_light_r (); 
 break; 
} 
 case RIGHT:{
 stateMachine-> getSCI_Button () -> raise_onoff (); 
 break; 
} 
 по умолчанию:{
 break; 
} 
} 
} 
}  

Соединяем все вместе

Основная программа состоит из трех частей:

• Конечный автомат
• Таймер
• Обработчик дисплея (типичный lcd.print (...))

  DigitalWatch * stateMachine =new DigitalWatch (); 
 CPPTimerInterface * timer_sct =new CPPTimerInterface (); 
 DisplayHandler * displayHandler =new DisplayHandler ();  

Конечный автомат использует обработчик отображения и получил таймер, который будет обновляться для управления синхронизированными событиями. После этого конечный автомат инициализируется и вводится.

  void setup () {
 stateMachine-> setSCI_Display_OCB (displayHandler); 
 stateMachine-> setTimer (timer_sct); 
 stateMachine-> init (); 
 stateMachine-> enter (); 
}  

Цикл выполняет три функции:

• Повышение входных событий
• Рассчитайте прошедшее время и обновите таймер.
• Вызов конечного автомата.

  long current_time =0; 
 long last_cycle_time =0; 
 void loop () {
 raiseEvents (); 
 last_cycle_time =current_time; 
 current_time =millis (); 
 timer_sct-> updateActiveTimer (stateMachine, 
 current_time - last_cycle_time); 
 stateMachine-> runCycle (); 
}  

Получить пример

Вот и все. Я, наверное, не упомянул все детали реализации, но вы можете посмотреть пример или оставить комментарий.

Добавьте пример в работающую среду IDE с помощью:

Файл -> Создать -> Пример -> Примеры диаграмм состояний YAKINDU -> Далее -> Arduino - Цифровые часы (C ++)

>> Вы можете скачать IDE здесь <<

Вы можете начать с 30-дневной пробной версии. После этого вы должны получить лицензию, которая бесплатна для некоммерческого использования . !