微型能源轉型第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“微型能源轉換”演示的硬件。本周我們將介紹軟件。對于那些關注過我以前的項目的人，您可能會知道我傾向于關注事物的教學方面，而不是代碼效率。對于 Arduino Mega，這通常不是什么大問題。因此，我傾向于僅使用 C++ 對象將代碼拆分為功能模塊，如下圖所示：

模塊化架構

這些模塊中的大多數將具有一個setup()和一個loop()功能，這些功能在層次結構更高層的模塊的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 屏幕使用向導。我將在下一篇博客中介紹這部分內容。

現在我們將專注于模型；中斷主要用于創建一個穩定的 0.1 秒（秒和分鐘）計時器，用于為電機提供穩定的類似 PWM 的輸出，因為它們連接到多路復用器，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：

環境，包括時間（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

公園布局，將輸入和輸出重新計算為對實際太陽能公園有意義的數字。

大多數這些模塊都相當簡單，所以我不會深入研究代碼本身。唯一需要注意的是SparkFun 的兩個 16 通道模擬/數字多路復用器，一個用于輸入（太陽能電池板），一個用于輸出（LED 和電機）。多路復用器非常適合輸入，因此太陽能電池板的代碼非常簡單：

 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輸出，因此組合多個輸出需要您非常快速地迭代它們，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。對于電機來說，這不是一個大問題，因為它們無論如何都必須緩慢轉動，并且附加質量的慣性允許某種脈沖寬度調制 (PWM)類方法，其中各種電機將其所需的輸出分配給總時間（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，決定僅在電機關閉時運行 LEDS，而不是同時運行太多。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;
   }
 }
}