Relógio digital no Arduino usando uma máquina de estado finito

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Sobre este projeto

Ei,

Vou mostrar a você como um relógio digital pode ser criado com YAKINDU Statechart Tools e executado em um Arduino, que usa um teclado de LCD blindado.

O modelo original do relógio digital foi tirado de David Harel. Ele publicou um artigo sobre a "ampla extensão do formalismo convencional das máquinas e diagramas de estado".

Neste artigo, ele usou o exemplo do relógio digital para sua pesquisa. Eu o usei como inspiração e reconstruí o relógio com YAKINDU Statechart Tools (uma ferramenta para criar modelos gráficos de máquinas de estado e gerar código C / C ++ com ele) e o trouxe de volta à vida em um Arduino.

Como funciona o relógio digital

Vamos começar definindo como o relógio digital deve funcionar. Você se lembra desses ... digamos ... relógios digitais "ultra legais" que todo mundo tinha nos anos 90? Um cronômetro integrado, alarmes diferentes e seu bipe irritante a cada hora inteira. Se não, dê uma olhada:relógio digital dos anos 90.

Basicamente, é um relógio configurável com diferentes modos. Principalmente, a hora atual será exibida, mas existem alguns outros recursos. Como entrada, você tem um liga / desliga , um modo e um conjunto botão. Além disso, você pode ligar e desligar a luz.

Com o modo botão você pode distinguir entre os modos e ativar / desativar os recursos do relógio:

Exibir a hora (relógio)
Exibir a data (data)
Defina o alarme (Alarme 1, Alarme 2)
Ativar / desativar campainha (Definir campainha)
Use o cronômetro (cronômetro)

Nos menus, você pode usar o liga / desliga botão para configurar o modo. O conjunto botão permite definir a hora - por exemplo, para o relógio ou os alarmes. O cronômetro pode ser controlado - iniciado e interrompido - usando o botão luz acesa e luz apagada. Você também pode usar um contador de voltas integrado.

Além disso, há um carrilhão, que toca a cada minuto, e uma luz de fundo controlável integrada. Na primeira etapa, não os conectei ao Arduino.

A máquina de estado

Não quero entrar em muitos detalhes para a explicação deste exemplo. Não é porque é muito complexo, é apenas um pouco grande. Vou tentar explicar a ideia básica de como funciona. A execução deve ser autoexplicativa, basta dar uma olhada no modelo ou fazer o download e simular. Algumas partes da máquina de estado são resumidas em sub-regiões, como o tempo definido região. Com isso, a legibilidade da máquina de estado deve ser garantida.

O modelo é dividido em duas partes - uma gráfica e uma textual. Na parte textual serão definidos os eventos, variáveis, etc. Na parte gráfica - o diagrama de estado - a execução lógica do modelo é especificada. Para criar uma máquina de estado que atenda ao comportamento especificado, alguns eventos de entrada são necessários, os quais podem ser usados no modelo: onoff , definir , modo , leve e light_r. Na seção de definição, um evento interno é usado, o que aumenta o valor de tempo a cada 100 ms:

  a cada 100 ms / tempo + =1

Com base nas etapas de 100 ms, o tempo atual será calculado em HH:MM:SS formato:

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

Os valores serão conectados ao display LCD usando a operação updateLCD toda vez que a máquina de estado for chamada:

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

A execução básica da máquina de estados já está definida na seção Como funciona o Digital Watch . Dentro da ferramenta, usei alguns elementos de modelagem "especiais" como CompositeState , História , Subdiagramas , ExitNodes, etc. Uma descrição detalhada pode ser encontrada no Guia do Usuário.

Escudo do teclado LCD

O escudo do teclado LCD é muito bom para projetos simples, que requerem uma tela para visualização e alguns botões como entrada - uma típica e simples IHM (Interface Homem-Máquina). O escudo do teclado LCD contém cinco botões de usuário e outro para reinicialização. Os cinco botões juntos são conectados ao pino A0 do Arduino. Cada um deles está conectado a um divisor de tensão, que permite distinguir entre os botões.

Você pode usar analogRead (0) para encontrar os valores específicos, que podem variar de acordo com o fabricante. Este projeto simples exibe o valor atual no LCD:

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

Estes são os meus resultados medidos:

Nenhum:1023
Selecione:640
Esquerda:411
Para baixo:257
Até:100
Certo:0

Com esses limites, é possível ler os botões:

  #define NENHUM 0 
 #define SELECCIONE 1 
 #define ESQUERDA 2 
 #define BAIXO 3 
 #define UP 4 
 #define DIREITO 5 
 
 static int readButton () {
 int result =0; 
 result =analogRead (0); 
 if (result <50) {
 return RIGHT; 
} 
 if (resultado <150) {
 retornar PARA CIMA; 
} 
 if (resultado <300) {
 retornar PARA BAIXO; 
} 
 if (resultado <550) {
 retornar ESQUERDA; 
} 
 if (resultado <850) {
 retornar SELECT; 
} 
 retornar NENHUM; 
}

Interface da máquina de estado

O código C ++ gerado da máquina de estado fornece interfaces, que devem ser implementadas para controlar a máquina de estado. O primeiro passo é conectar os eventos de entrada com as teclas do escudo do teclado. Já mostrei como ler os botões, mas para fazer a interface deles com a máquina de estado, é necessário eliminar os botões - caso contrário, os eventos seriam disparados várias vezes, o que resulta em um comportamento imprevisível. O conceito de depuração de software não é novo. Você pode dar uma olhada na documentação do Arduino.

Na minha implementação, detectei uma borda descendente (soltando o botão). Eu li o valor do botão, esperei 80 ms (obtive melhores resultados com 80 em vez de 50), salvei o resultado e li o novo valor. Se o oldResult não era NENHUM (não comprimido) e o novo resultado é NENHUM , Eu sei, que o botão foi pressionado antes e agora foi liberado. Então, eu aumento o evento de entrada correspondente da máquina de estado.

  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; 
} 
 padrão:{
 break; 
} 
} 
} 
}

Conectando as coisas

O programa principal usa três partes:

A máquina de estado
Um cronômetro
Um manipulador de exibição (típico lcd.print (...))

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

A máquina de estado usa um manipulador de display e tem um cronômetro, que será atualizado para controlar os eventos cronometrados. Depois disso, a máquina de estado é inicializada e inserida.

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

O loop faz três coisas:

Gerar eventos de entrada
Calcule o tempo decorrido e atualize o cronômetro
Ligue para a máquina de estado

  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 (); 
}

Obtenha o exemplo

É isso. Provavelmente, não mencionei todos os detalhes da implementação, mas você pode dar uma olhada no exemplo ou deixar um comentário.

Adicione o exemplo a um IDE em execução com:

Arquivo -> Novo -> Exemplo -> Exemplos de gráfico de estado YAKINDU -> Próximo -> Arduino - Relógio digital (C ++)

>> Você pode baixar o IDE aqui <<

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