一、任务介绍
利用温度传感器和四位七段数码管制作简易温度计,将温度数据显示在数码管上。
二、材料清单
- 开发板:Arduino UNO
- 温度传感器:LM35
- 数码管:F5461AH
- 面包板
- 导线若干
- 电阻若干(区分电阻的大小)
三、背景介绍
由于我从未有过任何的编程基础和开发经验,所以这次任务的时间周期设定为3个星期:其中,一个星期学习C语言,一个星期学习Arduino及硬件基础知识,一个星期调试代码。
C语言的学习主要是在计蒜客的在线课程里面学习,外加《C程序设计语言》
硬件知识的学习主要参考:Arduino官网和《Arduino开发从零开始学》
LM35温度传感器datasheet:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
F5461AH数码管datasheet:http://learn.parallax.com/4-digit-7-segment-led-display-arduino-demo
四、学习阶段
由于零基础开始学,我决定通过修改代码的方式来学习,所以温度传感器、数码管的代码都是从网上搬过来的,最终的简易温度计合体代码也是在这个基础之上修改完成的。
这个策略有效的缩短了我的学习时间,增加了我对代码、硬件的理解程度。但这一过程中也遇到了很多问题,尤其是在代码合体的环节,由于一个严重的问题。且听我细细道来:
1. 温度传感器调试
根据LM35 datasheet知道,LM35输出的电压与温度成线性关系:温度每增加1摄氏度,输出电压增加10mV(毫伏)
Vout = 10 mv/°C × T //公式1
Arduino A0-A5口是ADC引脚,其分辨率为10位,也就是1024级,输出数值为0-1023;能够读取的电压是0 ~ 5V,所以,analogRead() 输出值 data 与 LM35 电压 Vout 之间的对应关系为:
data / 1024 = Vout / 5 //公式2
根据公式 1 和公式 2 可以得出温度值 T 与analogRead()值 data 之间的关系:
T = data * (5 / 1024)* (1000 / 10)
// T 为温度值, data为analogRead读到的值
// (5 / 1024) 是模拟值的精度,单位伏特 V
// (1000 / 10)是单位换算,将伏特转化为毫伏 mv
代码来源:http://www.circuitstoday.com/temperature-logger-using-arduino*
硬件插线、软件调试完毕之后,就可以通过Arduino IDE里面的串口监视器来查看温度数据。
出于简便、不接线的考虑,代码作者没有使用面包板,将A0、A2口为定义为电源口,A1为信号输入口,这是个亮点。
2. 数码管调试
单独调试数码管的代码来源:http://www.geek-workshop.com/thread-82-1-1.html
该教程的数码管是共阳类型,但F5461AH是共阴类型,所以对其中的代码做了相应的调整:
- digitalWrite()初始化过程中d1、d2、d3、d4要设为高电平
- 单独显示数字时,各段数码管的高低电平与教程代码是相反的
整个调试过程中有这几个需要注意的事项:
- 需根据datasheet的引脚规定接线,确保正确无误
- 理解数码管的构造:由7段单独的数码管组合为一个显示数字
- 理解一维数组和二维数组的概念
当时,做引脚接线时一次就成功,代码调试过程中也都顺利一次搞定。这对于小白玩家我而言,简直是如有神助!
3. 简易温度计组装
在温度传感器和数码管都调试成功之后,开始组装代码。相比此前的两个独立模块而言,组装代码的核心工作是将 LM35 的温度值传给数码管显示。
调试代码的过程中出现了一个问题:
** 数码管的温度数据不停的狂闪,无法稳定的显示数字**
一开始我认为这是数码管刷新时间太长的原因造成的,所以不断地修改delay()时间,发现毫秒级别的修改无济于事之后;我又改用delayMicroseconds(),在微秒级别继续刷新数码管。
还是无效!
当时,我就操了。
据说,我那会儿的表现已经跟程序员有几分神似了:
- 一开始粗口不断、情绪狂躁(&(&!@(¥!*@)
- 再然后,低头沉思,喃喃细语:到底哪里出错了,究竟哪里不对呢
- 猛地异常兴奋,狂敲代码,确认猜测是否正确
- 再就是狂抓头发,狂敲脑门:怎么就不是呢!
再后来,无意间我把Serial.begin(9600);
这条语句删了
然后……
一切都正常了,腰不酸了,腿不疼了,数字终于显示正常了!
苍天啊!
那一刻如释重负
终于完成了这个任务
然后一顿研究,才发现Serial.begin(9600);
是板子跟电脑做串口通信的语句,是按照9600 bit / 秒 的速度来传输信息。所以不管我怎么调delay时间,都不能稳定显示。
以上这些情景发生在昨天,当我今天写文章准备重新再测试这个Serial.begin(9600);
时,发现并不会重现昨天的场景。这时我开始诚惶诚恐:
没有详尽地记录犯罪现场,导致现在无法复原场景;
甚至还有一种可能:根本就不是这个原因导致了问题的出现。
想到这里,明白了养成良好开发习惯的重要性;或许我现在已经没办法复原昨天痛苦的场景和原因,但是下一次如果再遇到类似情况时,我能够:
- 清晰的定位出问题
- 剖析其成因
- 找出切实可行的解决方法
以上就是一个产品汪的第一个硬件产品开发记录。
最后附上完整代码:
// 设置温度传感器的引脚及温度变量
int vcc = A0; // 为了方便,将模拟输入口A0定义为LM35的电源输入口
int sensor = A1; // 将A1口定义为LM35的温度数据输入口
int gnd = A2; // 将A2口定义为LM35的接地口
int temp;
int tempc;
// 设置数码管参数---------------
// 1.设置数码管的阳极接口,参考数码管datasheet的接线设置
int a = 2;
int b = 3;
int c = 4;
int d = 5;
int e = 6;
int f = 7;
int g = 8;
int p = 1;
// 2.设置阴极极接口,参考数码管datasheet的接线设置(F5461AH为共阴数码管)
int d4 = 9;
int d3 = 10;
int d2 = 11;
int d1 = 12;
// 3.设置单个数码管a~g段一维数组,方便定义数码管状态
byte segs[7] = { a, b, c, d, e, f, g };
// 4.设置二维数组,方便查询不同数值下各段数码管的通电状态
byte seven_seg_digits[11][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 }, // = 0
{ 0,1,1,0,0,0,0 }, // = 1
{ 1,1,0,1,1,0,1 }, // = 2
{ 1,1,1,1,0,0,1 }, // = 3
{ 0,1,1,0,0,1,1 }, // = 4
{ 1,0,1,1,0,1,1 }, // = 5
{ 1,0,1,1,1,1,1 }, // = 6
{ 1,1,1,0,0,0,0 }, // = 7
{ 1,1,1,1,1,1,1 }, // = 8
{ 1,1,1,1,0,1,1 }, // = 9
{ 1,0,0,1,1,1,0 } // = C
};
//设置时间变量,用于数码管的刷新显示
int del = 100;
void setup()
{
// 定义数码管的引脚
pinMode(d1, OUTPUT);
pinMode(d2, OUTPUT);
pinMode(d3, OUTPUT);
pinMode(d4, OUTPUT);
pinMode(a, OUTPUT);
pinMode(b, OUTPUT);
pinMode(c, OUTPUT);
pinMode(d, OUTPUT);
pinMode(e, OUTPUT);
pinMode(f, OUTPUT);
pinMode(g, OUTPUT);
pinMode(p, OUTPUT);
digitalWrite(d1, HIGH); // 初始状态不通电,共阴状态下,应该设为高电平
digitalWrite(d2, HIGH);
digitalWrite(d3, HIGH);
digitalWrite(d4, HIGH);
digitalWrite(p, HIGH);
//定义温度传感器的引脚
pinMode(vcc, OUTPUT);
pinMode(gnd, OUTPUT);
pinMode(sensor, INPUT); // A1口是LM35数值的输入口
digitalWrite(vcc, HIGH); // 将A0设为正极
digitalWrite(gnd, LOW); // A2为负极
}
// 以下为主函数
void loop()
{
temp = analogRead(sensor); // 读取LM35的输出数据
tempc = (temp * 5) / 10; // 将数值根据公式转化为摄氏温度
clearLEDs();
pickDigit(1);
lightSegments(tempc / 10);
delayMicroseconds(del);
clearLEDs();
pickDigit(2);
dispDec(2);
lightSegments(tempc % 10);
delayMicroseconds(del);
clearLEDs();
pickDigit(3);
lightSegments(10);
delayMicroseconds(del);
}
// 以下为调用函数
void clearLEDs() //清屏函数
{
digitalWrite(a, LOW);
digitalWrite(b, LOW);
digitalWrite(c, LOW);
digitalWrite(d, LOW);
digitalWrite(e, LOW);
digitalWrite(f, LOW);
digitalWrite(g, LOW);
digitalWrite(p, LOW);
}
void pickDigit(int x) //定义pickDigit(x),其作用是开启dx端口
{
digitalWrite(d1, HIGH);
digitalWrite(d2, HIGH);
digitalWrite(d3, HIGH);
digitalWrite(d4, HIGH);
switch(x)
{
case 1:
digitalWrite(d1, LOW);
break;
case 2:
digitalWrite(d2, LOW);
break;
case 3:
digitalWrite(d3, LOW);
break;
default:
digitalWrite(d4, LOW);
break;
}
}
void dispDec(int x) //设定开启小数点
{
digitalWrite(p, HIGH);
}
void lightSegments(int x) { // 点亮对应数字的数码管
for (int i = 0; i < 7; i++) {
digitalWrite(segs[i], seven_seg_digits[x][i]);
}
}
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