汪躍萍 朱云國(guó)

摘要：該文是基于Cortex-A8處理器進(jìn)行鬧鐘設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以此緊跟社會(huì)發(fā)展的步伐，滿(mǎn)足人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求。該設(shè)計(jì)首先介紹硬件平臺(tái)的搭建，然后進(jìn)行軟件平臺(tái)的服務(wù)器搭建和開(kāi)發(fā)板參數(shù)設(shè)置、硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件模塊的設(shè)計(jì)，最后在Linux系統(tǒng)下進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試。利用開(kāi)發(fā)板中的LM75數(shù)字溫度傳感器采集溫度，通過(guò)PWM變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘功能，并可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘顯示功能，用戶(hù)還可以利用App來(lái)控制鬧鐘的添加、刪除、更新等功能。相信在嵌入式技術(shù)不斷更新的背景下，這項(xiàng)技術(shù)必將給人們的生活帶來(lái)便利，以后的鬧鐘等電子產(chǎn)品必將向著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Cortex_A8;鬧鐘;智能化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）15-01 12-03

1背景

嵌入式技術(shù)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品層出不窮，滿(mǎn)足了人們的生活需求。嵌入式技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)遍及到我們的生活、學(xué)習(xí)、工作等方方面面。在軍事、科學(xué)、商業(yè)、工程、娛樂(lè)文化等領(lǐng)域均涉及嵌入式技術(shù)。伴隨著集成電路技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以明顯地發(fā)現(xiàn)嵌人式應(yīng)用市場(chǎng)將十分廣闊。嵌入式技術(shù)代表了今后的發(fā)展趨勢(shì)。本次設(shè)計(jì)就是基于Cortex-A8鬧鐘設(shè)備控制系統(tǒng)。選擇Cortex-A8作為開(kāi)發(fā)條件是因?yàn)锳RM處理器系列十分豐富，從最開(kāi)始的ARM7處理器發(fā)展到如今的Cortex-A8處理器甚至是Cortex-A9、Cot-tex-A15等一系列在社會(huì)生產(chǎn)上應(yīng)用十分廣泛的產(chǎn)品來(lái)看，選擇ARM處理器是十分正確的。雖然ARM系列的開(kāi)發(fā)板功能都十分強(qiáng)大，但從性?xún)r(jià)比上來(lái)看Cortex-A8處理器最高，它能夠使用戶(hù)可以享受到更高水準(zhǔn)的用戶(hù)體驗(yàn)。在處理器當(dāng)中它是能效最高、尺寸最小的處理器。

由于嵌入式技術(shù)的發(fā)展日新月異，因而人們對(duì)于電子時(shí)鐘的精度要求以及一些附加功能要求也越來(lái)越高。本次設(shè)計(jì)的電子鬧鐘不僅僅能精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒，還可以對(duì)用戶(hù)所處室內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)，而且可以利用App操控鬧鐘。

2總體結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)的總體流程圖主要分為兩部分：主控程序和守護(hù)進(jìn)程。在主控程序中有溫度讀寫(xiě)模塊、時(shí)鐘顯示模塊、鬧鐘顯示模塊、用戶(hù)處理指令模塊。在用戶(hù)處理指令模塊中有三個(gè)功能添加鬧鐘功能、刪除鬧鐘功能、更新鬧鐘功能。對(duì)于鬧鐘顯示模塊利用守護(hù)進(jìn)程去監(jiān)控。一旦用戶(hù)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間到時(shí)，守護(hù)進(jìn)程就會(huì)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)鬧鐘功能，項(xiàng)目總的流程圖如圖1所示。

3硬件設(shè)計(jì)

3.1溫度模塊

溫度檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)用到了數(shù)字溫度傳感器LM75，LM75芯片依靠?jī)蓷l12C總線協(xié)議來(lái)監(jiān)控環(huán)境溫度，LM75對(duì)溫度監(jiān)控的精度達(dá)到0.5℃。并且LM75芯片對(duì)檢測(cè)到的溫度有自主校對(duì)功能，當(dāng)然LM75對(duì)于溫度的檢測(cè)是有范圍的，范圍值在-55到125℃。當(dāng)超出這一范圍會(huì)提醒用戶(hù)發(fā)出報(bào)警。LM75內(nèi)部有五個(gè)寄存器，當(dāng)通電后寄存器設(shè)為00時(shí)，芯片被設(shè)置為溫度寄存器，這時(shí)候會(huì)采集用戶(hù)環(huán)境溫度。通過(guò)FC總線接口對(duì)芯片發(fā)出一條指令，將采集到的環(huán)境溫度返回給用戶(hù)，這時(shí)候LM75就會(huì)返回寄存器檢測(cè)到的溫度，如圖2所示。

圖2中利用的是LM75芯片數(shù)字溫度傳感器。LM75芯片中的1號(hào)引腳SDA具有串行數(shù)據(jù)輸出輸入的功能，當(dāng)通上電后它可以用來(lái)讀取環(huán)境溫度以及將讀取到的溫度給發(fā)送出去。2號(hào)引腳SCL是一個(gè)FC接口，用來(lái)采集時(shí)間的。3號(hào)引腳OS在環(huán)境溫度不在LM75芯片檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)發(fā)揮作用，具有數(shù)據(jù)超值便發(fā)生信號(hào)中斷的功能。4號(hào)引腳GND和8號(hào)引腳VCC是電源引腳。5號(hào)引腳A0和6號(hào)引腳A1以及7號(hào)引腳A2可以進(jìn)行地址設(shè)定，比如對(duì)溫度的采集可以通過(guò)這三個(gè)引腳設(shè)定。

3.2 PWM模塊

利用PWM模塊的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘，利用PWM產(chǎn)生方波序列，之后經(jīng)過(guò)三極管的放大，將放大后的電信號(hào)傳遞給蜂鳴器，蜂鳴器再轉(zhuǎn)化成自身所帶的聲音信號(hào)以此發(fā)出聲響，從而實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)備的定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。其電路圖如圖3。

圖3主要是由PWM信號(hào)波、三極管、蜂鳴器組成。PWM可以說(shuō)是一種變頻技術(shù)，它通過(guò)改變周期大小來(lái)控制輸入的頻率大小以及通過(guò)改變脈沖的寬度來(lái)對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制。三極管的作用在這里是放大，三極管能夠把基極微小的電流，在集電極得到一個(gè)很大的電流。三極管中有一個(gè)參數(shù)叫作電流放大系數(shù)B，在集電極得到的電流就是基極電流的B倍。每次基極電流微小的變化都會(huì)在集電極得到一個(gè)大電流。蜂鳴器的作用是把從三極管得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為自身所帶的聲信號(hào)，同時(shí)它也具有把信號(hào)放大的作用。由上述分析看出來(lái)PWM不斷產(chǎn)生變化的信號(hào)，在三極管的基極得到不斷變化的電流信號(hào)，導(dǎo)致在集電極產(chǎn)生很大且連續(xù)變化的電流，放大后的電流信號(hào)再經(jīng)過(guò)蜂鳴器的放大且轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，這一階段便實(shí)現(xiàn)鬧鐘。

4軟件設(shè)計(jì)

4.1時(shí)鐘與溫度模塊

對(duì)于溫度檢測(cè)與時(shí)鐘顯示功能的流程圖如圖4所示。當(dāng)時(shí)鐘功能開(kāi)始工作時(shí)，為了使得本次設(shè)計(jì)的各個(gè)功能夠相互之間不會(huì)阻塞，所以為溫度讀寫(xiě)功能設(shè)置了一個(gè)線程，為時(shí)鐘顯示功能設(shè)置一個(gè)線程。這樣系統(tǒng)在檢測(cè)用戶(hù)所在環(huán)境的溫度的同時(shí)也可以進(jìn)行時(shí)鐘顯示的功能。

4.2鬧鐘（PVVM）模塊

定時(shí)鬧鐘功能的模塊流程圖如圖5所示，從流程圖可以看出鬧鐘功能的實(shí)現(xiàn)需要守護(hù)進(jìn)程來(lái)監(jiān)控。這里利用了守護(hù)進(jìn)程的特點(diǎn)，在系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行一直監(jiān)視著鬧鐘功能，當(dāng)用戶(hù)設(shè)定的鬧鐘時(shí)刻t2到時(shí)，這個(gè)時(shí)間t2存放在crontab里，守護(hù)進(jìn)程會(huì)先讀取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間t1，t1和t2較。t1=t2時(shí)表明鬧鐘時(shí)刻到了，然后進(jìn)入鬧鐘模塊線程，讀取crontab模塊里的信息開(kāi)始鬧鐘功能。最后并把鬧鐘時(shí)刻給顯示到液晶顯示屏上。

調(diào)用void alarm（void）函數(shù)來(lái)配合硬件部分的PWM模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)鬧鐘報(bào)警功能。對(duì)于用戶(hù)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間還要顯示在屏幕上給用戶(hù)看，這里調(diào)用Lcd__ClearAlarm（Black）函數(shù)來(lái)顯示鬧鐘背景圖片，調(diào)用函數(shù)顯示鬧鐘響起的時(shí)刻用函數(shù)Lcd_Put-string。調(diào)用while（fgets（ret，sizeof（ret）來(lái)循環(huán)控制用戶(hù)設(shè)定的多個(gè)鬧鐘。對(duì)于While（）里的參數(shù)意思是當(dāng)用戶(hù)設(shè)定的時(shí)間到的時(shí)候就循環(huán)執(zhí)行里面的鬧鐘程序。

4.3 LCD模塊

圖6是LCD顯示設(shè)計(jì)實(shí)物圖的背景圖，對(duì)于LCD顯示部分是通過(guò)圖片形式顯示的，每次在液晶屏上出現(xiàn)的年、月、日、時(shí)、分、秒以及溫度實(shí)際顯示的是對(duì)應(yīng)的圖片。

4.4用戶(hù)指令處理模塊

對(duì)于用戶(hù)指令處理功能是對(duì)鬧鐘顯示模塊的控制。為了確保各個(gè)模塊之間的工作能夠獨(dú)立工作，要在主函數(shù)里設(shè)置一個(gè)線程即用戶(hù)指令線程來(lái)專(zhuān)門(mén)為它服務(wù)。用戶(hù)指令模塊可以控制的功能有（A/a添加鬧鐘、D/d刪除鬧鐘、U/u更新時(shí)鐘）。

當(dāng)用戶(hù)輸入對(duì)應(yīng)的指令時(shí)，如輸入A來(lái)添加鬧鐘，也就是設(shè)定了鬧鐘被執(zhí)行的時(shí)刻，程序會(huì)對(duì)用戶(hù)輸入的指令進(jìn)行解析判斷從而執(zhí)行相應(yīng)的功能。在這里執(zhí)行相應(yīng)的功能之前會(huì)修改crontab里的文件，當(dāng)crontab里的文件被修改后，守護(hù)進(jìn)程被喚醒后獲取到crontab文件里的內(nèi)容，解析出鬧鐘執(zhí)行的時(shí)刻然后進(jìn)入到鬧鐘顯示模塊。用戶(hù)指令處理流程圖如圖7。

5結(jié)束語(yǔ)

提出了基于Cortex-A8的鬧鐘設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)方面首先進(jìn)行開(kāi)發(fā)板與筆記本的搭建，軟件設(shè)計(jì)方面完成了時(shí)鐘顯示模塊、定時(shí)鬧鐘模塊、溫度采集模塊、用戶(hù)指令模塊的設(shè)計(jì)。完成了基本的運(yùn)行和調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。操作實(shí)物圖如圖8。