#第八届立创电赛#智能时钟 - 嘉立创EDA开源硬件平台

 

* 1、项目功能介绍

 

1.时钟显示-----通过按键设置保存后可显示时钟

2.温湿度显示-----电路中设计了DHT11传感器，可实时显示所测环境温度，湿度，每5秒刷新一次数据

3.闹钟设定-----可设定一个任意时间的闹钟，闹钟状态支持开启和关闭

4.联网校时------为了解决走时不准确，以及不想手动调时的问题，在原基础上增加了联网校时（使用esp01s模块），每两分钟更新一次，时间的误差调整在1S之内

5.掉电保存数据-----在掉电之前，每分钟保存一次数据到flash;闹钟在每次设定完成之后都会保存到flash，避免突然断电导致每次上电都需要重新设置闹钟

6.内置电池，可独立工作-----内置500mah电池，可供时钟在外部电源断开后工作一段时间

7.充放电保护电路-----设计了TP4056进行小电流给电池充电，及DW01A和FS8205组成的电池保护电路，保证电池在充放电及工作的过程中不会出现问题

8.电源切换-----由于此时钟一般是由外部电源供电，为了避免外部电源供电和电池供电冲突，因此设计了电源切换电路，保证两者同时存在时，由外部电源供电，没有外部电源时，由电池进行供电

 

 

*2、项目属性

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  本项目来源于EDA暑期训练营2023，电路和软件设计参考官方方案，同时融入了自己的想法和设计，项目首次公开

 

 

 

* 3、开源协议

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  项目使用GPL3.0协议

 

 

 

 

 

*4、硬件部分

    时钟主控芯片电路，控制时间显示，以及其他功能的进行。

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      电源切换电路，电路虽然简单，却能起到重要的作用；当VBUS（外部电源）没有供电时，Q2的栅极被下拉电阻拉低，Q2Mos管导通，切换为电池供电；当VBUS（外部电源）供电时，Q2的栅极电平被VBUS拉高，Q2Mos管关闭，切换为VBUS(外部电源)供电。

 

    DHT11温湿度传感器电路图，5V供电，这个上拉电阻用于协助数据传输。因为DHT11的数据口是漏极开路，如果不接上拉电阻，则只能输出低电平和高阻态，不能输出高电平，因此需要外接上拉电阻，否则无法输出1。DHT11的工作电流约为1mA，VCC一般为5V，则电阻R=5V/1mA=5KΩ。一般3.3k~10k都可以。

 

 

      ESP01S电路图，ESP01S和瑞萨单片机的通信方式使用串口通信的方式。这里本来设计的是和串口2通信的，但由于软件上没有调试出来，因此改为和串口9进行通信（串口9）是正常工作的，但是需要注意的是串口9是用来串口烧程序的，如果先焊接了esp01s，就会影响程序烧录，因此需要先用串口烧录好瑞萨芯片的程序，以及esp01s的程序，再焊接esp01s。

 

      蜂鸣器电路电路图，用IO口控制mos管的开管，来控制蜂鸣器发声；这里使用无源蜂鸣器，因此使用IO输出PWM控制蜂鸣器发出声音。

 

 

      3.3V降压电路，用于给esp01s供电，这款LDO具有低压降的特点，输入最低3.6V就可以输出3.3V的电压，刚好适合3.7V锂电池供电的降压电路。

 

 

     功能按键电路，用于修改时钟的设定，以及查看设定等。通过将按键的一端接地，一端接瑞萨芯片的IO口，连接按键的IO口通过软件设置电平上拉；当按键按下时，对应的IO口电平被拉低，芯片可以读到对应IO口的电平并作出相应的工作。

 

      复位，BOOT按键电路，用于串口程序烧录。

 

 

       数码管电路图，直接连接主控芯片IO口，需要注意连接IO的各个数码管引脚字母顺序，以及网络名称，不然写出的程序可能达不到想要的效果。

 

 

       电池充电电路图，TP4056作为经典的充电芯片，还是挺好用的，而且价格便宜。可以通过电阻设置充电电流，充电和满电都有指示灯提示。PROG设置充电电流大小，这里设置的10K，根据手册里公式计算，这里的充电电流大概是120ma。

 

 

     充放电保护电路，DW01A和FS8205搭配，组成电池保护电路，当电压超过4.2V或者低于2.52V时，关闭FS8205mos管，避免电池过冲或者过放。

 

       串口下载接口，用于下载程序。

 

 

 

*5、软件部分

      写的头文件，及源程序主要程序在src中

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    主程序，对各个功能或引脚进行初始化，以及主函数的编写

 

 

 

     串口回调函数，用于串口发送和接收数据

 

      串口对接收到的数据进行处理，由于接收到的数据是ASCLL码，因此不能直接使用，需要进行转化。由于对时间的数据只需要0到9即可，因此只对ASCLL数据中为48到57的数字进行处理，得到需要的数字，其他的字符当做无用字符，等于0，避免干扰串口调节时间。再将数组中数据一一转化为需要的时间数据，便于后面校时。

 

 

串口校正时间，当串口接收数据完成后，判断是否是正确的时间，如果是，则进行校正。

 

 

 

   将数据写入flash,避免数据丢失

 

        在时间设定好后，时钟会一直运行此程序，获取RTC的时间，然后再显示。

 

     闹钟程序，当到达设定的闹钟时间后，闹钟开启时，开始执行此程序，闹钟响起。在for循环里面有一个按键检测语句，如果闹钟响起，则进入for循环，此时按下按键3，就可以关闭闹钟。

 

 

        蜂鸣器程序的编写，由于蜂鸣器是无源蜂鸣器，因此采用PWM驱动，先对PWM进行开启，再配置占空比，就可以进行驱动了，占空比大小决定声音大小，频率决定蜂鸣器音调。

 

 

 

        定时器回调函数，用于数码管的显示，主要是时间显示，以及修改其他设定时的显示等，定时刷新数码管。

 

 

 

      变量声明，方便后面使用，以及外部声明的使用，便于其他源文件里引用。

 

 

      数码管显示库函数，对需要用到的数字和字母写好对应的函数，后面可直接引用对应的函数显示对应的数字或字母。

 

 

 

       flash读取程序，在初始化中引用这个程序，就会在每次上电后，都会对flash里的数据进行读取。

 

 

       flash写入程序，在对应的地址写入对应的数据。

 

 

       对DHT11传感器进行初始化，每次接收数据前，向传感器发送高低电平信号，等待接收来自传感器的数据。

 

 

       DHT11传感器数据读取函数，对从DHT11收到的数据进行处理。

 

 

注：以上是对瑞萨芯片程序的分析，下面是对esp01s模块程序的分析

 

    由于esp01s只用于获取时间，因此程序很简单。使用Arduino进行编写，下图是对一些库文件的引用，以及变量声明

注：const char *ssid     = "   ";引号里填的是需要连接wifi的名称，const char *password = "     ";引号里填的是wifi密码。

 

 

       对串口初始化，以及需要执行的函数进行初始化（执行一次），先开启STA模式，连接需要连接的wifi，等待20S，如果20S未连接上设定的wifi，则开启AP模式，开启热点（智能时钟）供用户配置wifi，配置完成后连接用户配置的wifi

 

 

 

 

      主函数，每两分钟向串口发送一次时间数据；小时，分钟，秒，输出的数据都是两位，便于瑞萨芯片收到数据后进行处理。

 

 

 

 

*6、BOM清单

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*7、大赛LOGO验证

PCB正面

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PCB反面

 

 

* 8、演示您的项目并录制成视频上传

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    下面已上传演示视频，但由于大小限制，画质经过压缩后上传的，将高清视频放在了B站【基于R7FA2E1A72DFL的数码管智能时钟-哔哩哔哩】