基于單片機的智能萬年歷的設(shè)計

王成

【摘 要】隨著科技的進步，時鐘由原始的水滴式發(fā)展到機械式，進而發(fā)展到如今的電子式時鐘，同時電子式時鐘也在逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的多功能智能萬年歷。時鐘的不斷進步，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。論文描述了一種基于單片機的智能萬年歷的設(shè)計方案，并進行了實物的制作與測試，達到了萬年歷智能化的目的。該萬年歷結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、走時誤差小、維護方便。

【Abstract】With the progress of science and technology， the clock is developed from the original droplet to the mechanical， developed to today's electronic clock， and the electronic clock gradually developed into the current multi-functional intelligent calendar.The progress of clock has brought great convenience to people's production and life.This paper describes a design scheme of intelligent perpetual calendar based on MCU， intelligent perpetual calendar， carries out the production and testing of the object， and achieves the purpose of intelligent calendar.This calendar has the advantages of simple structure， high stability， small error， and convenient maintenance.

【關(guān)鍵詞】萬年歷；單片機控制；智能化

【Keywords】 calendar；MCU；intelligent

【中圖分類號】TN216 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0167-02

1 引言

如今快節(jié)奏的生活方式，使得人們對時間觀念越來越重視，使得萬年歷愈發(fā)受到人們的重視，已經(jīng)是人們生活中不可缺少的一類電子產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于家庭、學校、醫(yī)院、公司、工廠、車站、機場、影院等場所。一款性能優(yōu)良的萬年歷不僅可以精準走時、早上準時提醒你起床，還能給你預報當天天氣情況和當天的備忘錄等等。

本智能萬年歷由此為出發(fā)點，依托時間芯片、語音芯片、電源管理模塊、顯示模塊、WiFi模塊、溫濕度傳感器、單片機系統(tǒng)，協(xié)同工作共同組建一個智能萬年歷。該萬年歷克服了傳統(tǒng)萬年歷需要人工調(diào)時的局限性，彌補了萬年歷功能不全的缺陷，實現(xiàn)了萬年歷的智能化[1-2]。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

整個系統(tǒng)由DHT12溫濕度模塊、DS1302時鐘模塊、OLED顯示屏、語音模塊、電源管理模塊、ESP8266WiFi模塊和STC15W408AS單片機最小系統(tǒng)等模塊組成。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計

3.1 電源管理模塊

電源管理模塊由TP4056芯片與BL8530芯片組成，萬年歷電源由鋰電池供電，其中TP4056芯片負責通過USB給鋰電池恒流恒壓充電，BL8530芯片負責將鋰電池升壓到5V給萬年歷的各個模塊供電，同時通過單片機的AD接口檢測電池電壓，進而估算電池剩余電量。當電量不足時，萬年歷通過WiFi模塊向客戶端發(fā)送電量不足的警示，同時萬年歷自動進入掉電模式，防止鋰電池因過度放電而損壞；若電量充足，萬年歷向客戶端發(fā)送剩余電量值和預估使用時間。

3.2 單片機最小系統(tǒng)

此次設(shè)計的萬年歷采用的主控芯片是STC15W408AS，是STC公司推出的新一代微處理器，具有高速、低功耗、高穩(wěn)定性、內(nèi)置功能強大的優(yōu)點。

3.3 ESP8266Wi-Fi模塊

ESP8266是一個完整且自成體系的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)解決方案，其高度片內(nèi)集成：天線、穩(wěn)壓器及電源管理組件、TR開關(guān)、功率放大器、匹配網(wǎng)絡(luò)、PLL、溫度傳感器、32位低功耗CPU、LNA等。具有性價比高、功耗低、工作穩(wěn)定、使用靈活方便等特點。

3.4 DS1302時鐘模塊

目前市場上專用時鐘芯片的種類非常多，其中DS1302是目前應(yīng)用的最廣泛的時鐘芯片之一。DS1302是一款性價比高、計時準確、功耗低、具備掉電走時功能和閏年補償?shù)目沙掷m(xù)計時的時鐘芯片。其通過3個控制口與單片機IO通信，程序編寫簡單。在此次設(shè)計中主要為萬年歷在無網(wǎng)絡(luò)連接時可以本地走時，增加了萬年歷走時的準確性，保證系統(tǒng)的正常工作。

3.5 語音模塊

語音模塊采用SYN6288芯片為核心，輔以必要的硬件電路。SYN6288是由北京宇音天下科技有限公司在2010年初推出的性價比高、硬件電路簡單、低功耗、音色圓潤、效果更自然的一款中高端中文語音合成芯片，其通過UART通信方式與主控CPU通信，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換。

3.6 DHT12溫濕度模塊

DHT12溫濕度傳感器是一款含已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，是DHT11的升級替換產(chǎn)品，相比之下DHT12擁有更低功耗、更小體積、更廣的測量范圍、更高的精度。DHT12共有4個引腳，分別為VDD、SDA、GND、SCL，具有單總線和標準IIC兩種通信方式，可由用戶自由選擇：上電拉低SCL腳即為單總線通信方式，反之為IIC通信方式。

3.7 OLED顯示屏模塊

萬年歷因為采用鋰電池供電，因此在顯示模塊的選擇上面非常注重功耗與性能的平衡。相比傳統(tǒng)顯示屏，OLED顯示屏的主動發(fā)光特性使得視覺可達170度，并且無需外接背光電路，因此能耗較低。顯示模塊采用基于IIC接口的0.96寸OLED顯示屏，用于顯示時間、溫濕度、鬧鐘、天氣、備忘錄等信息。

4 軟件設(shè)計

智能萬年歷因使用了多款芯片和傳感器，因此需要在單片機中對每個芯片或者傳感器的時序圖編寫相關(guān)程序，程序編寫完成后，還需要進行編譯與下載，在實際的運行過程中還有觀察是否出現(xiàn)BUG，如果出現(xiàn)，需要及時改正，直至達到設(shè)計要求。

萬年歷程序的主要思想是單片機讀取DHT12溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)和電池電壓電量信息，同時通過WiFi模塊進行網(wǎng)絡(luò)連接，如果能連接到網(wǎng)絡(luò)，將進行與客戶端的數(shù)據(jù)交換并將網(wǎng)絡(luò)時間寫入DS1302芯片中，以實時同步網(wǎng)絡(luò)時間，若無法連接網(wǎng)絡(luò)，將讀取DS1302時鐘數(shù)據(jù)作為本地時間。語音模塊通過單片機串口將需要提醒的信息以語音的方式進行提醒，免去了用戶需要通過顯示屏來翻看詳細信息的麻煩。OLED顯示屏同時顯示相應(yīng)信息，也便用戶快速查看簡易信息。

5 結(jié)語

智能萬年歷在實際的測試與使用過程中體現(xiàn)出較強的功能與實用性。在有無網(wǎng)絡(luò)連接的環(huán)境下均能精確走時，但在有網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境下可以充分發(fā)揮其全部的功能，同時通過網(wǎng)絡(luò)也可以與智能家居系統(tǒng)連接，具有很強的開展性和靈活性。該電路設(shè)計新穎、功能強大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

【參考文獻】

【1】王世華.基于單片機的火炮裝藥溫度實時測量裝置設(shè)計[D].南京：南京理工大學，2007.

【2】滕振芳，張昆.基于單片機的電子萬年歷的設(shè)計[J].價值工程，2010，29（6）：63-63.