可控数字电子钟 | Arduino UNO + 小e开发板

UEALNO.1可控数字电子钟

台灣大學果漾旅團 ByMOP

一、簡介

本系統共有兩個部分A和B。A部分採用ArduinoUNO、EthernetShield (W5100晶片)和LCDShield，走有線網路。B部分採用小e開發板實作，板上板載SSD1306主控OLED和DHT11溫溼度感測器，DHT11溫溼度感測器雖然誤差正負二度，但不改造開發板情況下以達成功能性上為訴求，走無線網路。連線上採用A部分和B部分連線到同一個無線路由器的區域網路，達成大部分的題目需求。

二、條件大觀

(符合為O、不符合為X、?為評審判斷)

1. 基本要求

O （1）设计并制作一个数字电子钟，能显示年、月、日、时、分、秒；

O （2）设计一个用LED发光管构成的时分指示器，能实现时分的同步指示；

O （3）数字电子钟与时分指示器间传输距离要求在2米以上；

O （4）具有闹钟和整点报时功能；

X （5）具有断电保持功能。

2. 发挥部分

O （1）数字电子钟与时分指示器采用无线通信方式（允许采用现成的无线模块）；

O （2）无线通信距离要求在5米以上；

? （3）能同时显示环境温度，温度误差不超过±1℃；

X （4）数字电子钟部分要求用二节1.5V电池供电，其工作电流要求尽可能小；

O （5）其他创新

3. 解釋

斷電保持功能並未實作是因為沒額外採用RTC模塊來設計，所以斷電後，時間將會初始化。而DHT11溫溼度誤差為正負二度，所以只有以熱指數來校正實際溫度，所以理想上可以逼近正負一度。供電部分，A部分附載額外兩個Shield所以採用5V供電，B部分也是5V供電。B部分距離無線路由器可達5米，創新部分為B部分採用動畫顯示溫溼度和Analog時鐘。

三、系統架構

圖1.系統方塊圖

A部分由三個板子組合而成，EthernetShield提供UNO主要的有線網路功能，LCDShield提供數位電子鐘顯示功能，LCDShield上附加的按鈕提供Analog輸入給UNO，UNO可判斷出使用者按下哪個按鍵來決定功能，以下是LCDShield上六個按鈕的功能總表：

按鈕/模式	普通時鐘	鬧鐘	設置時鐘	設置鬧鐘
Reset	重置	重置	重置	重置
Select	切換鬧鐘	切換設置時鐘	切換設置鬧鐘	切換普通時鐘
Up	X	X	設置該位+1	設置該位+1
Down	X	X	設置該位-1	設置該位-1
Right	X	X	游標往右	游標往右
Left	X	X	游標往左	游標往左

表1.功能鍵總表

其中只有設置模式的時候，上下左右按鈕判定為有效，可進行修改時鐘或者鬧鐘的設置，設置完畢以後切換為普通時鐘模式或者鬧鐘模式，時間將會正常行走，並每一分鐘向ESP8266Server請求，將時分資訊傳遞給ESP8266。以上完成了A部分主要的功能需求，除了斷電保持功能未實作。

再來看B部分，由小e開發板構成，這裡只使用到OLED和DHT11溫溼度感測器部分，ESP8266主控提供了Wifi連線功能，因此可輕鬆的連上無線網路，小e開發板主要將DHT11溫溼度讀值保存，並等待UNO連線到ESP8266所架設的Server，連線成功時，UNO將時間資訊當作URL的參數傳遞給ESP8266的Server，Server解析完畢後，獲取時跟分的資訊並保存，並將資訊更新至OLED上的Analog時鐘，實現了無線通訊更新小e開發板上的時分資訊。以上就完成的大部分的要求，OLED並採用動畫呈現，除了整體電壓和電流不太能夠在降低。

四、控制流程圖 A部分

五、控制流程圖B部分

六、實體照片

圖2. 普通時鐘模式，格式為年、月、日、小時、分、秒，整點時，蜂鳴器會鳴叫10秒

圖3. 鬧鐘模式，此模式時當時間與鬧鐘設置相等時，蜂鳴器會鳴叫1分鐘

圖4. 設置時鐘模式，左右方向鍵移動下游標

圖5. 設置鬧鐘模式，可見下游標在小時的個位數，有效設置時才可加減1，即0~23 (24小時制自動切換A.M./P.M.)，否則邏輯判定為無效操作

圖6. 整體圖，下方為蜂鳴器

圖7. 小e開發板上的Analog時鐘，與A部分同步

七、影片

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