产品汪的Arduino成长之路（一）：简易温度计

一、任务介绍

利用温度传感器和四位七段数码管制作简易温度计，将温度数据显示在数码管上。

二、材料清单

• 开发板：Arduino UNO
• 温度传感器：LM35
• 数码管：F5461AH
• 面包板
• 导线若干
• 电阻若干（区分电阻的大小）

三、背景介绍

由于我从未有过任何的编程基础和开发经验，所以这次任务的时间周期设定为3个星期：其中，一个星期学习C语言，一个星期学习Arduino及硬件基础知识，一个星期调试代码。
C语言的学习主要是在计蒜客的在线课程里面学习，外加《C程序设计语言》
硬件知识的学习主要参考：Arduino官网和《Arduino开发从零开始学》
LM35温度传感器datasheet：http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
F5461AH数码管datasheet：http://learn.parallax.com/4-digit-7-segment-led-display-arduino-demo

四、学习阶段

由于零基础开始学，我决定通过修改代码的方式来学习，所以温度传感器、数码管的代码都是从网上搬过来的，最终的简易温度计合体代码也是在这个基础之上修改完成的。
这个策略有效的缩短了我的学习时间，增加了我对代码、硬件的理解程度。但这一过程中也遇到了很多问题，尤其是在代码合体的环节，由于一个严重的问题。且听我细细道来：

1. 温度传感器调试

根据LM35 datasheet知道，LM35输出的电压与温度成线性关系：温度每增加1摄氏度，输出电压增加10mV（毫伏）

Vout = 10 mv/°C × T   //公式1

Arduino A0-A5口是ADC引脚，其分辨率为10位，也就是1024级，输出数值为0-1023；能够读取的电压是0 ~ 5V，所以，analogRead() 输出值 data 与 LM35 电压 Vout 之间的对应关系为：

data / 1024 = Vout / 5  //公式2

根据公式 1 和公式 2 可以得出温度值 T 与analogRead()值 data 之间的关系：

T = data * （5  / 1024）* （1000 / 10）
// T 为温度值， data为analogRead读到的值
// (5 / 1024) 是模拟值的精度，单位伏特 V
// (1000 / 10）是单位换算，将伏特转化为毫伏 mv

代码来源：http://www.circuitstoday.com/temperature-logger-using-arduino*
硬件插线、软件调试完毕之后，就可以通过Arduino IDE里面的串口监视器来查看温度数据。
出于简便、不接线的考虑，代码作者没有使用面包板，将A0、A2口为定义为电源口，A1为信号输入口，这是个亮点。

2. 数码管调试

单独调试数码管的代码来源：http://www.geek-workshop.com/thread-82-1-1.html
该教程的数码管是共阳类型，但F5461AH是共阴类型，所以对其中的代码做了相应的调整：

• digitalWrite()初始化过程中d1、d2、d3、d4要设为高电平
• 单独显示数字时，各段数码管的高低电平与教程代码是相反的

整个调试过程中有这几个需要注意的事项：

• 需根据datasheet的引脚规定接线，确保正确无误
• 理解数码管的构造：由7段单独的数码管组合为一个显示数字
• 理解一维数组和二维数组的概念

当时，做引脚接线时一次就成功，代码调试过程中也都顺利一次搞定。这对于小白玩家我而言，简直是如有神助！

3. 简易温度计组装

在温度传感器和数码管都调试成功之后，开始组装代码。相比此前的两个独立模块而言，组装代码的核心工作是将 LM35 的温度值传给数码管显示。
调试代码的过程中出现了一个问题：
** 数码管的温度数据不停的狂闪，无法稳定的显示数字**
一开始我认为这是数码管刷新时间太长的原因造成的，所以不断地修改delay()时间，发现毫秒级别的修改无济于事之后；我又改用delayMicroseconds()，在微秒级别继续刷新数码管。
还是无效！
当时，我就操了。

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据说，我那会儿的表现已经跟程序员有几分神似了：

• 一开始粗口不断、情绪狂躁（&（&！@（￥！*@）
• 再然后，低头沉思，喃喃细语：到底哪里出错了，究竟哪里不对呢
• 猛地异常兴奋，狂敲代码，确认猜测是否正确
• 再就是狂抓头发，狂敲脑门：怎么就不是呢！

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再后来，无意间我把Serial.begin(9600);这条语句删了
然后……
一切都正常了，腰不酸了，腿不疼了，数字终于显示正常了！
苍天啊！
那一刻如释重负
终于完成了这个任务

然后一顿研究，才发现Serial.begin(9600);是板子跟电脑做串口通信的语句，是按照9600 bit / 秒 的速度来传输信息。所以不管我怎么调delay时间，都不能稳定显示。

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以上这些情景发生在昨天，当我今天写文章准备重新再测试这个Serial.begin(9600);时，发现并不会重现昨天的场景。这时我开始诚惶诚恐：
没有详尽地记录犯罪现场，导致现在无法复原场景；
甚至还有一种可能：根本就不是这个原因导致了问题的出现。
想到这里，明白了养成良好开发习惯的重要性；或许我现在已经没办法复原昨天痛苦的场景和原因，但是下一次如果再遇到类似情况时，我能够：

• 清晰的定位出问题
• 剖析其成因
• 找出切实可行的解决方法

以上就是一个产品汪的第一个硬件产品开发记录。
最后附上完整代码：

// 设置温度传感器的引脚及温度变量
int vcc = A0; // 为了方便，将模拟输入口A0定义为LM35的电源输入口
int sensor = A1; // 将A1口定义为LM35的温度数据输入口
int gnd = A2; // 将A2口定义为LM35的接地口
int temp;
int tempc;

// 设置数码管参数---------------
// 1.设置数码管的阳极接口，参考数码管datasheet的接线设置
int a = 2;
int b = 3;
int c = 4;
int d = 5;
int e = 6;
int f = 7;
int g = 8;
int p = 1;

// 2.设置阴极极接口，参考数码管datasheet的接线设置（F5461AH为共阴数码管）
int d4 = 9;
int d3 = 10;
int d2 = 11;
int d1 = 12;

// 3.设置单个数码管a~g段一维数组，方便定义数码管状态
byte segs[7] = { a, b, c, d, e, f, g };

// 4.设置二维数组，方便查询不同数值下各段数码管的通电状态
byte seven_seg_digits[11][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 },  // = 0
                                 { 0,1,1,0,0,0,0 },  // = 1
                                 { 1,1,0,1,1,0,1 },  // = 2
                                 { 1,1,1,1,0,0,1 },  // = 3
                                 { 0,1,1,0,0,1,1 },  // = 4
                                 { 1,0,1,1,0,1,1 },  // = 5
                                 { 1,0,1,1,1,1,1 },  // = 6
                                 { 1,1,1,0,0,0,0 },  // = 7
                                 { 1,1,1,1,1,1,1 },  // = 8
                                 { 1,1,1,1,0,1,1 },  // = 9
                                 { 1,0,0,1,1,1,0 }   // = C
                             }; 

//设置时间变量，用于数码管的刷新显示
int del = 100;
 
void setup()
{
  // 定义数码管的引脚
  pinMode(d1, OUTPUT);
  pinMode(d2, OUTPUT);
  pinMode(d3, OUTPUT);
  pinMode(d4, OUTPUT);
  pinMode(a, OUTPUT);
  pinMode(b, OUTPUT);
  pinMode(c, OUTPUT);
  pinMode(d, OUTPUT);
  pinMode(e, OUTPUT);
  pinMode(f, OUTPUT);
  pinMode(g, OUTPUT);
  pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(d1, HIGH); // 初始状态不通电，共阴状态下，应该设为高电平
  digitalWrite(d2, HIGH);
  digitalWrite(d3, HIGH);
  digitalWrite(d4, HIGH);
  digitalWrite(p, HIGH);
  
  //定义温度传感器的引脚
  pinMode(vcc, OUTPUT);
  pinMode(gnd, OUTPUT);
  pinMode(sensor, INPUT);   // A1口是LM35数值的输入口
  digitalWrite(vcc, HIGH); // 将A0设为正极
  digitalWrite(gnd, LOW);  // A2为负极
}

// 以下为主函数 
void loop()
{ 

  temp = analogRead(sensor); // 读取LM35的输出数据
  tempc = (temp * 5) / 10;       // 将数值根据公式转化为摄氏温度

  clearLEDs();
  pickDigit(1);
  lightSegments(tempc / 10);
  delayMicroseconds(del);

  clearLEDs();
  pickDigit(2);
  dispDec(2);
  lightSegments(tempc % 10);
  delayMicroseconds(del);
 
  clearLEDs();
  pickDigit(3);
  lightSegments(10);
  delayMicroseconds(del);
}

// 以下为调用函数
void clearLEDs()  //清屏函数
{
  digitalWrite(a, LOW);
  digitalWrite(b, LOW);
  digitalWrite(c, LOW);
  digitalWrite(d, LOW);
  digitalWrite(e, LOW);
  digitalWrite(f, LOW);
  digitalWrite(g, LOW);
  digitalWrite(p, LOW);
}

void pickDigit(int x)  //定义pickDigit(x),其作用是开启dx端口
{
  digitalWrite(d1, HIGH);
  digitalWrite(d2, HIGH);
  digitalWrite(d3, HIGH);
  digitalWrite(d4, HIGH);
 
  switch(x)
  {
  case 1: 
    digitalWrite(d1, LOW); 
    break;
  case 2: 
    digitalWrite(d2, LOW); 
    break;
  case 3: 
    digitalWrite(d3, LOW); 
    break;
  default: 
    digitalWrite(d4, LOW); 
    break;
  }
}
 
void dispDec(int x)  //设定开启小数点
{
  digitalWrite(p, HIGH);
}
 

void lightSegments(int x) {   // 点亮对应数字的数码管  
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    digitalWrite(segs[i], seven_seg_digits[x][i]);
    
  }
}