Arduino Nano控制浮動(dòng)和旋轉(zhuǎn)地球儀

暫時(shí)不要連接端子 Out+。首先，插入外部 24 伏墻壁電源，調(diào)整轉(zhuǎn)換器的微調(diào)電位器以獲得 7 伏的輸出電壓，然后再次斷開外部電源。此電壓設(shè)置將確保電路板正常運(yùn)行，而不會(huì)消耗過多的功率。

此時(shí)，也連接端子 Out+，重新連接外部電源并使用萬用表或示波器運(yùn)行一些測試，以驗(yàn)證您是否獲得了預(yù)期的 5 伏電壓，如圖所示。

降壓轉(zhuǎn)換器板安裝

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如果此測試成功，您現(xiàn)在可以放置所有芯片，包括 Arduino Nano。

暫時(shí)不要將 PCB 物理連接到電磁鐵組件（使用墊片）——如果出現(xiàn)問題并且您需要進(jìn)行故障排除，這將為您節(jié)省一些時(shí)間。

PCB連接器

我們需要連接三個(gè)傳感器（溫度和兩個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器）、電磁鐵、線圈和 LED 燈條（當(dāng)然，我們還需要電源）。

• 電源由插入 PCB 直流連接器的外部 24 伏墻壁電源適配器供電。首先檢查極性是個(gè)好主意：將 24 伏 (+) 傳送到中心引腳。
• 電磁鐵：您將不得不（稍后）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以確定兩條電線的極性。如果施加的力是排斥而不是吸引......你需要切換電線。
• 線圈：將 10 針接頭連接器焊接到之前連接到線圈的 6 線扁平電纜（留出 4 個(gè)端子）。首先，將圖中“地球旋轉(zhuǎn)線圈：連接特寫，頂視圖”（在“地球旋轉(zhuǎn)線圈”部分）中的信號(hào)名稱與下圖中相同的信號(hào)名稱匹配，以了解哪根線連接到哪個(gè)插頭引腳. 這些信號(hào)被標(biāo)記為“COILPAIRn-x”，n = 0 到 2，x = A 或 B。
• LED燈條：PCB LED燈條連接器有5個(gè)引腳。最靠近直流電源插孔的針腳 1 提供 5 伏電壓。引腳 2 和引腳 3 是兩條數(shù)據(jù)線。引腳 4 提供時(shí)鐘信號(hào)，引腳 5 為 GND。使用匹配的接頭連接器將來自兩個(gè) LED 燈條的扁平電纜連接到 PCB 連接器（分別將 GND、5 伏、數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線連接在一起）。注意：作為替代方案，您可以決定將兩個(gè) LED 燈條的數(shù)據(jù)信號(hào)分開，將兩條數(shù)據(jù)線分別連接到連接器引腳 2 和 3。目前，這些引腳提供相同的數(shù)據(jù)，但這將允許分別控制兩個(gè) LED 燈條（當(dāng)然，通過更改程序）。

PCB 連接器 (1)

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• 傳感器連接器（示意圖：J3、J4 和 J5）每個(gè)都需要接地、5 伏和傳感器信號(hào)輸出線連接到相同的相應(yīng)連接器引腳（見下圖）。因此，如果您稍后在將傳感器連接到 PCB 時(shí)出錯(cuò)，則不會(huì)發(fā)生任何故障（但您的電路板當(dāng)然無法正常工作）。我建議不要使用升降霍爾傳感器的連接器（連接器 J3），但是將電線直接焊接到板上，不要使它們比需要的長，因?yàn)闇y量的電壓變化很?。ㄐ∮?0.5 毫伏）。注意：傳感器引腳排列與相應(yīng)的連接器引腳不同。檢查傳感器的數(shù)據(jù)表！

PCB 連接器 (2)

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測試和調(diào)整

當(dāng)然，我只能給你一些一般性的指導(dǎo)方針，但我建議使用這個(gè)路線圖進(jìn)行測試：

• 測試 1：驗(yàn)證與 PC 上的串行監(jiān)視器的通信（通過 USB）。確保所有 DIP 開關(guān)都處于關(guān)閉位置，并驗(yàn)證串行監(jiān)視器的波特率是否與 Arduino 程序設(shè)置的波特率相對應(yīng)（標(biāo)準(zhǔn) 1000000 波特 - 最好不要更改）。插入 USB 電纜（您不需要為 PCB 板通電，也不需要進(jìn)行任何其他連接）并驗(yàn)證 Arduino 是否響應(yīng)以“Type + or - to change”開頭的消息顯示參數(shù)，E 編輯值，..." 重置后。
• 設(shè)置：在串行監(jiān)視器中，鍵入“A”+ ENTER。Arduino 將響應(yīng)參數(shù)和值列表。檢查旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)置（'rot time'）是否為 12 秒，垂直地球位置（'vert pos'）設(shè)置為 1000 毫伏（或 1500 毫伏，如果您將模擬增益更改為 15 - 請參閱“PCB”部分）。如果不是，請參閱“串行通信”部分來設(shè)置這些值。
• 測試 2：對于這個(gè)測試，暫時(shí)忘記地球旋轉(zhuǎn)和 LED 燈條。只需連接溫度傳感器（如果不連接，電路板將檢測到“高溫”并且不允許為電磁鐵供電）。連接起重霍爾傳感器和電磁線。打開。您應(yīng)該看到綠色 PCB LED 閃爍。等待 5 秒鐘。藍(lán)色 PCB LED 應(yīng)該開始閃爍（關(guān)于 LED 顏色和含義的完整解釋將在后面給出）。現(xiàn)在，沿著升降霍爾傳感器（和電磁鐵）的方向緩慢向上移動(dòng)地球（帶有大起重磁鐵），直到它接觸到有機(jī)玻璃板。然后將其從傳感器上向下移動(dòng)。這使電磁鐵和升降控制系統(tǒng)成為可能。讓地球再次靠近磁鐵，您現(xiàn)在應(yīng)該觀察到電磁鐵和起重磁鐵之間的吸引力。如果觀察到排斥力，則需要切換兩根電磁鐵的線。
• 測試 3：嘗試將地球“懸掛”到位（程序在下一節(jié)中解釋）。
• 測試4：斷電，同時(shí)連接旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)傳感器，上電。再次將地球儀懸掛到位并稍微轉(zhuǎn)動(dòng)（逆時(shí)針）。將示波器連接到 IC8A 引腳 9（施密特觸發(fā)器輸入），并驗(yàn)證您看到的波形看起來像上一節(jié)中“格林威治磁鐵通道：脈沖整形”圖中的黃色波形。如果不是，則嘗試通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)霍爾傳感器的水平和垂直位置來獲得此波形（松開兩個(gè)螺母 - 參見“3D 組裝”部分）。
• 調(diào)整施密特觸發(fā)器輸出：將示波器通道 2 連接到 IC8C 引腳 8（施密特觸發(fā)器輸出）。通過調(diào)整微調(diào)電位器 R8，將輸入閾值電壓（示波器通道 1）設(shè)置為 0.8 伏（或多或少）。假設(shè)您給地球的旋轉(zhuǎn)速度在 10 到 15 秒之間，這應(yīng)該會(huì)在 180° 子午線每次通過旋轉(zhuǎn)霍爾傳感器時(shí)產(chǎn)生 0.5 到 1 秒之間的脈沖。
• 測試5：斷電，接好線圈，上電。再次將地球儀懸掛到位并稍微轉(zhuǎn)動(dòng)（逆時(shí)針）。旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)現(xiàn)在應(yīng)該啟動(dòng)。大約 30 秒后，PCB LED 應(yīng)該熄滅，表示已獲得設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度。
• 測試 6：現(xiàn)在，連接 LED 燈條。然后，使用串行監(jiān)視器命令（在下一節(jié)中解釋）設(shè)置 LED 燈條循環(huán) 5（循環(huán)通過所有顏色）和 LED 燈條時(shí)序 1（最快）。驗(yàn)證 LED 燈條是否正常工作（請記住，并非所有 LED 都已使用）。

有關(guān)如何處理地球儀、狀態(tài) LED 和串行通信的更多詳細(xì)信息，請參閱下一節(jié)。

定位地球儀

當(dāng)您啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，您可以立即將地球儀“懸掛”在適當(dāng)?shù)奈恢茫姶盆F下方約 35 毫米，或固定升降霍爾傳感器的有機(jī)玻璃板下方約 15 毫米）：只需觀察安裝在印刷電路板。如果它呈穩(wěn)定的綠色亮起，則表明您處于正確的高度。如果它閃爍（綠色），你要么太高要么太低。它需要一些練習(xí)（不過不要太多），但應(yīng)該相當(dāng)容易。

一旦地球漂浮，稍微轉(zhuǎn)動(dòng)（逆時(shí)針）并等待......取決于你給它的初始旋轉(zhuǎn)速度（這不是關(guān)鍵），一段時(shí)間后，地球?qū)⑦_(dá)到其設(shè)定的旋轉(zhuǎn)時(shí)間（標(biāo)準(zhǔn) 12 秒）。

狀態(tài)指示燈

LED 熄滅：地球處于浮動(dòng)狀態(tài)，并且地球旋轉(zhuǎn)已鎖定（與線圈產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步）。

LED 亮起（綠色或藍(lán)色）：

• 綠色 LED 閃爍約。每秒 4 次：地球不在狹窄的“浮動(dòng)”范圍內(nèi)。在定位地球儀時(shí)，使用它來指導(dǎo)您確定地球儀和電磁鐵之間的正確距離。
• 綠色 LED 持續(xù)亮起：地球處于浮動(dòng)狀態(tài)，但尚未檢測到格林威治位置同步（格林威治反子午線磁體通過）。旋轉(zhuǎn)線圈關(guān)閉。
• 綠色 LED 快速閃爍（大約每秒 16 次）：地球在浮動(dòng)；正在進(jìn)行第一次旋轉(zhuǎn)時(shí)間測量。旋轉(zhuǎn)線圈關(guān)閉。
• 藍(lán)色 LED 持續(xù)亮起，但閃爍更亮（綠色）：地球處于浮動(dòng)狀態(tài)，但地球旋轉(zhuǎn)尚未鎖定。綠色閃爍表示旋轉(zhuǎn)磁場的方向正在改變。藍(lán)色閃爍表示格林威治磁鐵當(dāng)前正在通過旋轉(zhuǎn)霍爾傳感器。

LED 呈藍(lán)色閃爍：起重磁鐵和線圈當(dāng)前因錯(cuò)誤情況而關(guān)閉。連續(xù) 1 秒閃爍的次數(shù)（隨后是停頓）指示導(dǎo)致錯(cuò)誤情況的原因：

• 1 次閃爍：地球掉落超過 5 秒（地球可能掉落或被拿走，或上電后未檢測到地球）。
• 閃爍 2 次：粘性地球儀：地球儀位置過高超過 5 秒（地球儀可能粘在有機(jī)玻璃板上）。
• 閃爍 3 次：在過去的幾分鐘內(nèi)，起重磁鐵的平均占空比高于 80%（這種情況極不可能發(fā)生，但因?yàn)檫@關(guān)系到安全......）。
• 閃爍 4 次：平滑后的溫度讀數(shù)高于 65° 攝氏度。

要再次啟用該系統(tǒng)，請將地球儀靠近裝有升降傳感器的有機(jī)玻璃板（向上移動(dòng)），然后再次將其從有機(jī)玻璃板上移開（向下移動(dòng)）。LED 現(xiàn)在將再次變?yōu)榫G色，您將有（再次）5 秒時(shí)間將地球儀帶回其浮動(dòng)位置。

LED 為紅色：如果由于故障或程序錯(cuò)誤，程序停止在運(yùn)算放大器 IC9A 和 IC9D 周圍的電路輸入端產(chǎn)生脈沖（充當(dāng)硬件看門狗），起重磁鐵和線圈將被禁用，LED 將轉(zhuǎn)動(dòng)紅色的。

串行通訊

通過 USB 使用 Arduino 串行監(jiān)視器（或其他正確配置的“終端”軟件），您可以打印某些信息并更改一些設(shè)置。

可以打印以下信息（“參數(shù)”）：

• 當(dāng)前選擇的旋轉(zhuǎn)時(shí)間（設(shè)置）
• 實(shí)際旋轉(zhuǎn)時(shí)間
• 自轉(zhuǎn)時(shí)間同步誤差：累計(jì)地球自轉(zhuǎn)時(shí)間誤差（鎖定時(shí)）
• “全球旋轉(zhuǎn)鎖定”時(shí)間。地球旋轉(zhuǎn)未鎖定時(shí)重置
• “地球漂浮”時(shí)間。地球不浮動(dòng)時(shí)重置
• 溫度（攝氏度）
• 起重磁鐵平均占空比 (%)
• 地球垂直位置：以毫伏為單位的參考（設(shè)定點(diǎn)）（設(shè)置）。請注意，設(shè)定點(diǎn)值是指 ADC 讀取的值，因此它們被縮放為 10（或 15 - 參見 PCB 部分）乘以霍爾傳感器輸出垂直位置
• ADC 讀取的以毫伏為單位的球體垂直位置誤差絕對值的平滑平均值
• 積分項(xiàng)的當(dāng)前值，由全球升降控制器計(jì)算
• 旋轉(zhuǎn)磁場和旋轉(zhuǎn)地球之間的平均相位（??鎖定時(shí)）。可用于校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)磁場與地球儀之間的相位，由地球儀旋轉(zhuǎn)控制器在獲得鎖定之前設(shè)置
• “ADC 轉(zhuǎn)換完成”ISR 例程的平均持續(xù)時(shí)間（以微秒為單位）（平滑）
• 平均處理器負(fù)載（平滑）

此外，每個(gè)狀態(tài)變化都會(huì)被打印出來（例如，達(dá)到了選定的旋轉(zhuǎn)時(shí)間）。

串行監(jiān)視器：'A'（顯示全部）命令輸出

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使用以下命令打印參數(shù)及其值或更改設(shè)置（不需要發(fā)送“回車”，盡管您可能必須按 Enter 將命令發(fā)送到 Arduino，具體取決于您使用的終端軟件）。

• '+' 或 '-' : 打印下一個(gè)或上一個(gè)參數(shù)。在編輯模式下：從列表中選擇下一個(gè)或上一個(gè)參數(shù)值。
• 'E'：編輯當(dāng)前參數(shù)。在編輯模式下：結(jié)束編輯并將當(dāng)前選擇的參數(shù)值保存在 EEPROM 存儲(chǔ)器中。只對改變旋轉(zhuǎn)時(shí)間和微調(diào)地球垂直位置有效，對其他參數(shù)無效。
• 'C'：取消編輯而不保存。不處于編輯模式時(shí)沒有功能。
• 'S' 開始或停止顯示實(shí)時(shí)值。這將開始或停止定期將當(dāng)前所選參數(shù)的實(shí)際值打印到串行監(jiān)視器（例如完成最后一次地球旋轉(zhuǎn)所花費(fèi)的時(shí)間）。不適用于設(shè)置。
• 'A'：一次打印所有參數(shù)，以及當(dāng)前的燈帶設(shè)置。

串行監(jiān)視器：狀態(tài)和命令示例

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附加命令：

• '?'：打印可用命令（幫助）。
• 'T'：打印時(shí)間戳（自上次重置以來的毫秒數(shù) - 實(shí)時(shí)時(shí)鐘不可用）。
• 'LC0' to 'LC5'：選擇一個(gè)燈帶周期。0 = 關(guān)閉，1 = 恒定亮度白色，2 = 恒定亮度洋紅色，3 = 恒定亮度藍(lán)色，4 = 白色和藍(lán)色之間的漸變，5 = 所有顏色之間的平滑循環(huán)（從藍(lán)色到青色、綠色、黃色、紅色、洋紅色，又是藍(lán)色，...）。選擇存儲(chǔ)在 EEPROM 存儲(chǔ)器中。
• 'LT1' to 'LT4'：改變燈帶循環(huán)時(shí)間。1 = 最快（分鐘），4 = 最慢（小時(shí)）。請注意，時(shí)間與所有 LED 燈條循環(huán)類型無關(guān)。選擇存儲(chǔ)在 EEPROM 存儲(chǔ)器中。
• “R0”和“R1”：（階躍）響應(yīng)。應(yīng)用階躍變化 ('R1') 或不應(yīng)用步驟（'R0'）到地球垂直位置參考（設(shè)定點(diǎn)），然后將測量的響應(yīng)（實(shí)際地球垂直位置）和控制器輸出（PWM 占空比）發(fā)送到串行監(jiān)視器，在那里可以記錄它以在 excel 等中進(jìn)行評估。應(yīng)用的步長（僅“R1”命令）以 100 個(gè) ADC 步長增加垂直位置設(shè)定值。在霍爾傳感器輸出處以毫伏表示：100 ADC 步 *（5000 毫伏/1023 ADC 步）/10 = 49 毫伏（如果模擬增益設(shè)置為 10 - 請參閱“PCB”部分）。Arduino 開始將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行監(jiān)視器，在應(yīng)用步驟前 1 秒（“R1”命令）并繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) 20 秒。每毫秒發(fā)送一行包含三個(gè)值的行，這些值用分號(hào)分隔。值 1：毫秒（1 到 20000）值 2：

記錄階躍響應(yīng)（提?。┖?Excel 階躍響應(yīng)圖表 - 模擬增益為 15

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關(guān)于使用“R0”和“R1”命令的一些注意事項(xiàng)：

• 'Rn' 命令需要高波特率：程序設(shè)置的波特率為 1000000，所以這應(yīng)該不是問題。
• 積分項(xiàng)的值（參見“地球升降控制系統(tǒng)”部分），包括在“Rn”輸出（第一毫秒）開始處的額外精度數(shù)字（參見“Arduino Nano 代碼”部分），打印到串行監(jiān)視器為這允許基于記錄的霍爾效應(yīng)傳感器值（在 ADC 步驟中）在 excel 中“重放”控制器計(jì)算，驗(yàn)證在 excel 中計(jì)算的控制器輸出與記錄的控制器輸出是否相同。
• 發(fā)送階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)束后，地球儀的垂直位置會(huì)慢慢恢復(fù)到原來的設(shè)置。
• 顯示實(shí)時(shí)值時(shí)不要使用此命令（請參閱“S”命令）

使用硬件按鈕和 LCD

可以將 4 個(gè)按鈕（“+”、“-”、“E”和“C”）直接連接到 Spinning Globe 板 PCB，以及 16 x 2 字符、Arduino 兼容的 LCD 顯示屏。

這允許您查看相同的實(shí)時(shí)值并更改與使用串行監(jiān)視器相同的設(shè)置。

LCD 在頂行顯示狀態(tài)信息（例如“E! drop globe”），在底行顯示當(dāng)前選擇的參數(shù)（參見“串行通信”部分）。

請注意，不能使用硬件按鈕更改 LED 燈條設(shè)置。它們也不顯示在 LCD 上。

連接（“接通”觸點(diǎn)）按鈕：使用連接器 SV2。

• “-”按鈕：將一個(gè)引腳連接到信號(hào)“SW0”（SV2 引腳 2），另一個(gè)引腳連接到 GND
• “+”按鈕：將一個(gè)引腳連接到信號(hào)“SW1”（SV2 引腳 4），另一個(gè)引腳連接到 GND
• “E”按鈕：將一個(gè)引腳連接到信號(hào)“SW2”（SV2 引腳 6），另一個(gè)引腳連接到 GND
• “C”按鈕：將一個(gè)引腳連接到信號(hào)“SW3”（SV2 引腳 8），另一個(gè)引腳連接到 GND

按下這些按鈕與使用串行監(jiān)視器（或其他終端軟件）發(fā)送等效命令的效果相同。

重要提示：確保 DIP 開關(guān) 2 至 5 都處于關(guān)閉位置。這些開關(guān)分別連接到信號(hào)“SW3”到“SW0”，與這 4 個(gè)按鈕并聯(lián)。將開關(guān)設(shè)置在 ON 位置會(huì)將相應(yīng)的信號(hào)連接到 GND，使相應(yīng)的按鈕無法操作。此外，如果這些開關(guān)之一在復(fù)位或上電后立即處于 ON 位置，則系統(tǒng)進(jìn)入編程模式（見進(jìn)一步）。

連接 LCD：使用通用連接器 SV5 連接基于 Hitachi LCD 控制器的可選 2 x 16 字符 LCD。

• 使用 4 位總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到 LCD
• LCD 在只寫模式下工作：將 LCD 讀/寫引腳接地
• 將 LCD 數(shù)據(jù)位 4 到 7 引腳連接到信號(hào)“D4（PD4）”到“D7（PD7）”（Arduino 端口 D 位 4 到 7，參見示意圖）
• 將 LCD RS（寄存器選擇）引腳連接到信號(hào)“D3（PD3）”（端口 D 位 3）
• 將 LCD 使能引腳連接到信號(hào)“PB2”（Arduino 端口 B 位 2）
• 正確連接電源、LCD 對比度和背光 LED 引腳（使用 LCD 數(shù)據(jù)表中指定的電阻器 - PCB 上未提供電阻器）

可選的 2 x 16 字符 LCD，連接到 PCB 連接器 SV5

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使用 DIP 開關(guān)更改設(shè)置（程序模式）

無需使用串行監(jiān)視器或按鈕/LCD，即可設(shè)置地球旋轉(zhuǎn)時(shí)間、微調(diào)地球垂直位置設(shè)定點(diǎn)或設(shè)置 LED 燈條周期和時(shí)間。

進(jìn)入和退出程序模式的步驟：

1.電源關(guān)閉時(shí)，使用 DIP 開關(guān) 2 至 5（信號(hào) 'SW3' 至 'SW0'）指示要更改的設(shè)置，如下所述。不要使用任何其他開關(guān)設(shè)置。請注意，當(dāng)前未使用 DIP 開關(guān) 1（信號(hào)“SW4”）。

• ON ON ON ON：更改燈帶設(shè)置
• ON ON ON OFF：設(shè)置旋轉(zhuǎn)時(shí)間
• ON ON OFF ON：微調(diào)地球垂直位置參考

2.開機(jī)。然后，當(dāng)電源打開時(shí)，如下所示設(shè)置 DIP 開關(guān)。

=> 如果初始開關(guān)設(shè)置為ON ON ON ON：設(shè)置ledstrip周期和時(shí)序，如下：

• ON ON ON ON：關(guān)閉燈帶
• ON ON ON OFF：恒定亮度白色
• ON ON OFF ON：恒定亮度洋紅色
• ON ON OFF OFF：恒定亮度藍(lán)色
• ON OFF (T1) (T0)：在白色和藍(lán)色之間漸變
• OF ON (T1) (T0)：在所有顏色（藍(lán)色、青色、綠色、黃色、紅色、洋紅色、藍(lán)色...）之間循環(huán)
• 其他開關(guān)設(shè)置不影響最后設(shè)置的燈帶周期和時(shí)序

(T1) (T0) 設(shè)置燈帶時(shí)序：

• ON ON：計(jì)時(shí)1（最快）
• ON OFF：定時(shí)2
• OFF ON：定時(shí) 3
• OFF OFF：定時(shí)4（最慢）

=> 如果初始開關(guān)設(shè)置為ON ON ON OFF：設(shè)置地球旋轉(zhuǎn)時(shí)間，如下：

• ON ON ON ON：地球旋轉(zhuǎn)關(guān)閉（“指南針”行為）
• ON ON ON OFF：12秒
• ON ON OFF ON: 9 秒
• ON ON OFF OFF：7.5秒
• 開 關(guān) 開 6 秒
• ON OFF ON OFF：4.5秒
• 開 關(guān) 關(guān) 開：3 秒
• 開關(guān)關(guān)關(guān)：2.4秒
• 其他開關(guān)設(shè)置：地球旋轉(zhuǎn)關(guān)閉

=> 如果初始開關(guān)設(shè)置為ON ON OFF ON：微調(diào)球體垂直位置設(shè)定值（以毫伏為單位），如下所示：

• ON ON ON ON: 1000 毫伏
• ON ON ON OFF：1200毫伏
• ON ON OFF ON：1400毫伏
• ON ON OFF OFF：1600毫伏
• ON OFF ON ON：1800毫伏
• 其他開關(guān)設(shè)置：1000毫伏

請注意，設(shè)定點(diǎn)值是指 ADC 讀取的值，縮放為設(shè)置垂直位置的霍爾傳感器輸出的 10 倍。如果您將模擬增益更改為 15（參見“PCB”部分），設(shè)置的值將分別為 1500、1800、2100、2400 和 2700 毫伏。

3.關(guān)機(jī)。然后，在電源關(guān)閉時(shí)，再次將開關(guān) 2 至 5 設(shè)置為“關(guān)閉”。所需設(shè)置已存儲(chǔ)（在 EEPROM 存儲(chǔ)器中）。

4.再次開機(jī)。

Arduino納米代碼

該程序有很好的文檔記錄，因此我將在此處保持簡短。

該程序?qū)樗俣榷O(shè)計(jì)。特別是，中斷服務(wù)程序 (ISR) 不使用浮點(diǎn)數(shù)。這意味著，例如，起重控制器的計(jì)算是使用（長）整數(shù)完成的，通過添加額外的“二進(jìn)制分?jǐn)?shù)”數(shù)字并在計(jì)算結(jié)束時(shí)刪除它們來提高準(zhǔn)確性（將值向左或向右移動(dòng)多個(gè)位） .

注意：因此，必須注意，如果特定常量發(fā)生更改，則不會(huì)出現(xiàn)下溢或下溢的情況。

constexpr int PIDcalculation_BinaryFractionDigits{ 14 };									// added accuracy (binary fraction digits) in PID controller calculations
    constexpr int gain_BinaryFractionDigits{ 8 };												// added TTTgain accuracy (binary fraction digits) because of small TTTgain
    constexpr int TTTintFactor_BinaryFractionDigits{ 18 };										// added TTTintFactor accuracy (binary fraction digits) because of small TTTintFactor 							
    constexpr int TTTdifFactor_BinaryFractionDigits{ 3 };										// added TTTdifFactor accuracy (binary fraction digits) because of small TTTdifFactor
    constexpr int PIDcalc_preliminaryDivisionDigits{ 4 };										// to prevent overflow after multiplication (factor 1/2: keep 1 extra bit for safety)

此外，由于除法比乘法花費(fèi)的時(shí)間長得多（沒有處理器指令用于除法），所以 ISR 中沒有。示例：將一個(gè)值除以一個(gè)常量“5”可以通過將該值乘以一個(gè)整數(shù)常量“51”（51 = 1/5 * 2^8）然后右移 8 位來執(zhí)行。

這導(dǎo)致平均處理器負(fù)載約為 20%，這是由程序測量的，并且可以使用串行監(jiān)視器進(jìn)行驗(yàn)證。

主循環(huán)

主循環(huán)很短（一切都發(fā)生在許多專用程序中），但清楚地顯示了一般結(jié)構(gòu)。

• 如果事件或用戶命令可用，則將對其進(jìn)行處理。如果不是，程序繼續(xù)。事件由中斷服務(wù)程序生成。用戶命令由串行接口或（可選）硬件按鈕組裝而成。
• 開關(guān)狀態(tài)（在 ISR 中讀取和去抖動(dòng)）用于在需要時(shí)調(diào)整設(shè)置。
• 數(shù)據(jù)（如果有）被發(fā)送到串行接口和可選的 LCD。
• 如果 LED 燈條亮度需要改變（由特定的“LED 燈條”事件的發(fā)生表示），串行數(shù)據(jù)將被發(fā)送到 LED 燈條。
• 只要無事可做，控制就會(huì)停留在空閑循環(huán)中。如果仍有要處理的事件（事件隊(duì)列不為空）、鍵緩沖區(qū)不為空或發(fā)生中斷（“定時(shí)器 1 溢出”或“ADC 完成中斷”），則空閑循環(huán)將退出。

void loop()
    {
    getEventOrUserCommand();   // get ONE event or assembled user command if available
    processEvent();            // process event, if available
    processCommand();	       // process command, if available
    checkSwitches();           // if SW3 to SW0 to be interpreted as switches only
    writeStatus();             // print status to Serial (and LCD if connected)
    writeParamLabelAndValue(); // print label and value to Serial (and LCD)
    writeLedStrip();           // write led strip data 		
    myEvents.removeOldestChunk(ISRevent != eNoEvent); // remove event from queue

    wdt_reset();               // reset watchdog timer
    resetHWwatchDog = true;    // allow ISR to reset hardware watchdog													
    idleLoop();	               // return if still something to do or ISR occurred
    }

注意：作為一般原則，通過 Arduino Nano 端口 D“數(shù)據(jù)總線”（參見“PCB 硬件”部分）向硬件傳輸/從硬件傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)都是從 ISR 內(nèi)部寫入或讀取的，因?yàn)闊o論如何這都會(huì)很快，但有兩個(gè)例外：

1. LED 燈條數(shù)據(jù)通過同一端口 D 數(shù)據(jù)總線串行發(fā)送，這需要幾毫秒（每次需要刷新 LED 燈條時(shí)發(fā)送 400 位） - 這將停止 ISR 執(zhí)行。因此，主程序循環(huán)負(fù)責(zé)發(fā)送 LED 燈條數(shù)據(jù)。該程序確保在發(fā)送 LED 燈條數(shù)據(jù)被使用同一數(shù)據(jù)總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的 ISR 中斷時(shí)不會(huì)發(fā)生“沖突”。

2. 可選的 LCD 也使用相同的數(shù)據(jù)總線，并且也是從主程序循環(huán)中寫入的，因?yàn)槭褂昧藰?biāo)準(zhǔn)的 LiquidCrystal 庫，它不知道 PCB 上使用的硬件地址解碼邏輯。

定時(shí)器 1 溢出中斷

• 每毫秒執(zhí)行一次
• 提供時(shí)基（定時(shí)器 0 未被程序使用，但未被禁用）
• 重置硬件看門狗
• 啟動(dòng)升降霍爾傳感器 ADC 轉(zhuǎn)換并啟用“ADC 完成”中斷
• polls 地球儀旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)傳感器
• 讀取和消除開關(guān)/按鈕的抖動(dòng)，并為按下/釋放的按鈕生成鍵碼（如果已連接）

ADC 完成中斷

• 有時(shí)每毫秒執(zhí)行兩次：在提升霍爾傳感器 ADC 轉(zhuǎn)換完成時(shí)（每毫秒）和等溫度傳感器 ADC 轉(zhuǎn)換完成時(shí)（每 128 毫秒）
• 讀取轉(zhuǎn)換后的 ADC 值。如果這是一個(gè)提升霍爾傳感器值，則繼續(xù)。如果是溫度傳感器轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)溫度并退出
• 執(zhí)行與提升控制、旋轉(zhuǎn)控制、安全性相關(guān)的計(jì)算
• 設(shè)置定時(shí)器 1 寄存器控制電磁鐵 (PWM) 的脈沖占空比
• 輸出線圈、LED 等的數(shù)據(jù)。
• 計(jì)算 LED 燈條亮度級別。注意串口數(shù)據(jù)會(huì)在主程序循環(huán)中發(fā)送到led燈條（因?yàn)楸容^耗時(shí)）
• 使用“事件”向主循環(huán)發(fā)送信息：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)內(nèi)存中，指示事件的性質(zhì)（例如，地球的旋轉(zhuǎn)速度現(xiàn)在已獲得設(shè)定值）以及一些額外的信息。主循環(huán)將處理事件并再次從動(dòng)態(tài)內(nèi)存中刪除它們（參見類“MyEvents”）
• 每 128 毫秒：啟動(dòng)溫度 ADC 轉(zhuǎn)換（這將觸發(fā)一秒鐘但非常短的 ISR 發(fā)生）

就是這樣，伙計(jì)們

我試圖使說明盡可能詳細(xì)。但是，我意識(shí)到完整性是非常難以實(shí)現(xiàn)的，如果不是不可能的話。

我希望這個(gè)項(xiàng)目對一些人來說是一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，對另一些人來說會(huì)很有趣。

成功 ！