微型能源转型第2部分之软件介绍

描述

上周，我们讨论了“微型能源转换”演示的硬件。本周我们将介绍软件。对于那些关注过我以前的项目的人，您可能会知道我倾向于关注事物的教学方面，而不是代码效率。对于 Arduino Mega，这通常不是什么大问题。因此，我倾向于仅使用 C++ 对象将代码拆分为功能模块，如下图所示：

模块化架构

 

这些模块中的大多数将具有一个setup()和一个loop()功能，这些功能在层次结构更高层的模块的setup()和中使用。loop()顶层（能量）演示了这种方法：

...
#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;
   }
 }
}

很明显，该架构大致遵循模型-视图-控制器 (MVC) 模式， Adafruit 的 2.8 英寸 LCD 屏幕使用向导。我将在下一篇博客中介绍这部分内容。

现在我们将专注于模型；中断主要用于创建一个稳定的 0.1 秒（秒和分钟）计时器，用于为电机提供稳定的类似 PWM 的输出，因为它们连接到多路复用器，而不是直接连接到输出阿杜诺。

 //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;
}

粗略地说，该模型由三类模块组成：

• 环境，包括时间（日历）和天气模拟器

• 输入和输出，读取太阳能电池板并控制 LED 和电机

• 公园布局，将输入和输出重新计算为对实际太阳能公园有意义的数字。

大多数这些模块都相当简单，所以我不会深入研究代码本身。唯一需要注意的是SparkFun 的两个 16 通道模拟/数字多路复用器，一个用于输入（太阳能电池板），一个用于输出（LED 和电机）。多路复用器非常适合输入，因此太阳能电池板的代码非常简单：

 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;
}

遗憾的是，这些多路复用器没有锁存功能，因此它们不太适合输出，至少在我们这里使用它们的方式上是这样。基本上它们一次只能控制一个输出，因此组合多个输出需要您非常快速地迭代它们，并且接受您想要的输出越多，最大输出将必须由所有输出共享。对于电机来说，这不是一个大问题，因为它们无论如何都必须缓慢转动，并且附加质量的惯性允许某种脉冲宽度调制 (PWM)类方法，其中各种电机将其所需的输出分配给总时间（一秒）。这需要由中断处理程序来控制（另见上面的代码）：

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++;
 }
} 

由于这些限制，决定仅在电机关闭时运行 LEDS，而不是同时运行太多。这些由 16 位掩码控制：

 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;
   }
 }
}