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微型能源轉(zhuǎn)型第2部分之軟件介紹

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資料介紹

描述

上周，我們討論了“微型能源轉(zhuǎn)換”演示的硬件。本周我們將介紹軟件。對(duì)于那些關(guān)注過我以前的項(xiàng)目的人，您可能會(huì)知道我傾向于關(guān)注事物的教學(xué)方面，而不是代碼效率。對(duì)于 Arduino Mega，這通常不是什么大問題。因此，我傾向于僅使用 C++ 對(duì)象將代碼拆分為功能模塊，如下圖所示：

模塊化架構(gòu)

這些模塊中的大多數(shù)將具有一個(gè)setup()和一個(gè)loop()功能，這些功能在層次結(jié)構(gòu)更高層的模塊的setup()和中使用。loop()頂層（能量）演示了這種方法：

...
#include "Wizard.h"
#include "Interrupts.h"
#include "Model.h"
...
static Interrupts interrupt;
static Wizard wizard;
static Model model;
...
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 Serial.println(F("SETUP ENERGY TRANSITION DEMO"));
 interrupt.setup();
 model.setup();
 wizard.setup();
 ...
}
void loop() {
 wizard.loop();
 if ( interrupt.getSecondsFlank()) {
   interrupt.clear();
   ...
   switch ( balance ) {
     case 0:
       wizard.update();
       break;
     case 1:
       ...
       break;
     default:
       break;
   }
 }
}

很明顯，該架構(gòu)大致遵循模型-視圖-控制器 (MVC) 模式， Adafruit 的 2.8 英寸 LCD 屏幕使用向?qū)?/font>。我將在下一篇博客中介紹這部分內(nèi)容。

現(xiàn)在我們將專注于模型；中斷主要用于創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的 0.1 秒（秒和分鐘）計(jì)時(shí)器，用于為電機(jī)提供穩(wěn)定的類似 PWM 的輸出，因?yàn)樗鼈冞B接到多路復(fù)用器，而不是直接連接到輸出阿杜諾。

 //Activate interrupt Timer2 (0.1 sec)
ISR(TIMER2_COMPA_vect) {
 loopCounter++;
 motors.handleInterrupt(200);
 lights.handleInterrupt();
 interrupt.flank = true;
 if ( interrupt.getLock() )
   return;
 int_counter++;
 int_counter %= SECONDS;
 if ( int_counter == 0 )
   interrupt.sec_flank = true;
 else
   return;
 interrupt.min_flank = false;
 interrupt.tensec_flank = false;
 min_counter++;
 interrupt.checkInitialisation();
 min_counter %= MINUTES;
 if ( min_counter == 0)
   interrupt.min_flank = true;
 if (( min_counter % TEN_SEC ) == 0)
   interrupt.tensec_flank = true;
}

粗略地說，該模型由三類模塊組成：

環(huán)境，包括時(shí)間（日歷）和天氣模擬器

輸入和輸出，讀取太陽能電池板并控制 LED 和電機(jī)

公園布局，將輸入和輸出重新計(jì)算為對(duì)實(shí)際太陽能公園有意義的數(shù)字。

大多數(shù)這些模塊都相當(dāng)簡(jiǎn)單，所以我不會(huì)深入研究代碼本身。唯一需要注意的是SparkFun 的兩個(gè) 16 通道模擬/數(shù)字多路復(fù)用器，一個(gè)用于輸入（太陽能電池板），一個(gè)用于輸出（LED 和電機(jī)）。多路復(fù)用器非常適合輸入，因此太陽能電池板的代碼非常簡(jiǎn)單：

 Solar::Solar() {}
void Solar::setup( int smpl) {
 pinMode(A15, INPUT);
 for ( int i = 0; i < 3; i++) {
   pinMode(SS0 + i, OUTPUT);
   digitalWrite(SS0 + i, LOW);
 }
 samples = smpl;
 counter = 0;
}
uint16_t Solar::read(byte number) {
 switch ( number ) {
   case 0:
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 1:
     digitalWrite(SS0, HIGH);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 2:
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, HIGH);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 3:
     digitalWrite(SS0, HIGH);
     digitalWrite(SS1, HIGH);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 4:
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, HIGH);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 5:
     digitalWrite(SS0, HIGH);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, HIGH);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 6:
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, HIGH);
     digitalWrite(SS2, HIGH);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 7:
     digitalWrite(SS0, HIGH);
     digitalWrite(SS1, HIGH);
     digitalWrite(SS2, HIGH);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
   case 8:
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, HIGH);
     break;
   case 15:
     digitalWrite(SS0, HIGH);
     digitalWrite(SS1, HIGH);
     digitalWrite(SS2, HIGH);
     digitalWrite(SS3, HIGH);
     break;
   default:
     digitalWrite(A15, LOW);
     digitalWrite(SS0, LOW);
     digitalWrite(SS1, LOW);
     digitalWrite(SS2, LOW);
     digitalWrite(SS3, LOW);
     break;
 }
 int result = 0;
 for ( int i = 0; i < samples; i++) {
   delay( READ_DELAY );
   result += analogRead(A15);
 }
 values[number]=result/samples; 
 return values[number];
}
uint16_t Solar::get(byte number) {
 return values[number];
}
void Solar::loop() {
 read( counter++ );
 counter%=NR_OF_PANELS;
}

遺憾的是，這些多路復(fù)用器沒有鎖存功能，因此它們不太適合輸出，至少在我們這里使用它們的方式上是這樣。基本上它們一次只能控制一個(gè)輸出，因此組合多個(gè)輸出需要您非?？焖俚氐鼈?，并且接受您想要的輸出越多，最大輸出將必須由所有輸出共享。對(duì)于電機(jī)來說，這不是一個(gè)大問題，因?yàn)樗鼈儫o論如何都必須緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，并且附加質(zhì)量的慣性允許某種脈沖寬度調(diào)制 (PWM)類方法，其中各種電機(jī)將其所需的輸出分配給總時(shí)間（一秒）。這需要由中斷處理程序來控制（另見上面的代碼）：

void Motors::handleInterrupt( uint16_t total ) {
 if (!enable)
   return;
 uint16_t results[3];
 calcSpeed( results, total );
 if ( counter < results[0]) {
   if ( results[0] > 0 ) {
     motor(WALRUS, HIGH);
   }
 } else if ( counter < results[0] + results[1] ) {
   if ( results[1] > 0 ) {
     motor(WATERMILL, HIGH);
   }
 } else if ( counter < results[0] + results[1] + results[2]) {
   if ( results[2] > 0 ) {
     motor(WINDMILL, HIGH);
   }
 }
 if ( counter >= total ) {
   motor(WALRUS, LOW);
   motor(WATERMILL, LOW);
   motor(WINDMILL, LOW);
   counter = 0;
 } else {
   counter++;
 }
}

由于這些限制，決定僅在電機(jī)關(guān)閉時(shí)運(yùn)行 LEDS，而不是同時(shí)運(yùn)行太多。這些由 16 位掩碼控制：

 void Lights::handleInterrupt() {
 if (!enable)
   return;
 uint16_t shift = 1;
 if ( mask == 0 ) {
   led(15, LOW);
 } else {
   for (int i = 0; i < 7; i++) {
     bool result = shift & mask;
     if ( result )
       led(i, result);
     shift <<= 1;
   }
 }
}