使用VSCode开发少儿编程项目：温度报警器

使用VSCode开发少儿编程项目：温度报警器

我将为您提供一个完整的温度报警器项目实现方案，适合少儿编程学习。

项目概述

这个项目实现一个智能温度报警器：

• 实时监测环境温度
• 当温度超过设定阈值时发出声光警报
• 在LED矩阵上显示当前温度值
• 支持调整报警阈值

开发环境设置

1. 安装必要软件

1. 安装VSCode
2. 安装PlatformIO插件
3. 安装Micro:bit扩展（可选）：搜索"Micro:bit"扩展

2. 硬件准备

• Micro:bit主板
• USB数据线
• 可选：蜂鸣器、LED灯等扩展元件

项目实现

基础版本：使用Micro:bit内置传感器

1. 创建PlatformIO项目

; platformio.ini
[env:bbcmicrobit]
platform = nordicnrf51
board = bbcmicrobit
framework = mbed
monitor_speed = 115200

2. 完整代码实现

#include "MicroBit.h"

MicroBit uBit;

// 温度报警阈值（摄氏度）
int alarmThreshold = 25;
// 报警状态
bool isAlarming = false;
// 温度采样间隔（毫秒）
const int TEMP_READ_INTERVAL = 2000;

// 显示温度函数
void showTemperature(int temp) {
    uBit.display.scrollAsync(temp);
}

// 报警函数
void triggerAlarm() {
    // 显示警报图标
    uBit.display.print("!");
    
    // 播放警报声音（使用内置扬声器）
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        uBit.io.P0.setAnalogValue(512);  // 产生声音
        uBit.sleep(200);
        uBit.io.P0.setAnalogValue(0);
        uBit.sleep(200);
    }
}

// 按钮A：降低报警阈值
void onButtonA(MicroBitEvent) {
    if(alarmThreshold > 10) {  // 最低10度
        alarmThreshold--;
        uBit.display.scroll("MIN:");
        uBit.display.scroll(alarmThreshold);
    }
}

// 按钮B：提高报警阈值
void onButtonB(MicroBitEvent) {
    if(alarmThreshold < 40) {  // 最高40度
        alarmThreshold++;
        uBit.display.scroll("MAX:");
        uBit.display.scroll(alarmThreshold);
    }
}

// 按钮A+B：显示当前阈值
void onButtonAB(MicroBitEvent) {
    uBit.display.scroll("ALARM AT:");
    uBit.display.scroll(alarmThreshold);
}

int main() {
    uBit.init();
    
    // 注册按钮事件
    uBit.messageBus.listen(MICROBIT_ID_BUTTON_A, MICROBIT_BUTTON_EVT_CLICK, onButtonA);
    uBit.messageBus.listen(MICROBIT_ID_BUTTON_B, MICROBIT_BUTTON_EVT_CLICK, onButtonB);
    uBit.messageBus.listen(MICROBIT_ID_BUTTON_AB, MICROBIT_BUTTON_EVT_CLICK, onButtonAB);
    
    uBit.display.scroll("TEMP ALARM");
    uBit.display.scroll("SET:");
    uBit.display.scroll(alarmThreshold);
    
    while(1) {
        // 读取温度（Micro:bit内置温度传感器）
        int temperature = uBit.thermometer.getTemperature();
        
        // 显示当前温度（小字体）
        uBit.display.printChar('T');
        uBit.sleep(500);
        uBit.display.clear();
        
        // 检查是否超过阈值
        if(temperature >= alarmThreshold && !isAlarming) {
            isAlarming = true;
            triggerAlarm();
        } else if(temperature < alarmThreshold) {
            isAlarming = false;
        }
        
        // 正常状态显示温度
        if(!isAlarming) {
            showTemperature(temperature);
        }
        
        uBit.sleep(TEMP_READ_INTERVAL);
    }
}

增强版本：添加外部传感器和更多功能

1. 使用外部温度传感器（DS18B20）

#include "MicroBit.h"

MicroBit uBit;
MicroBitPin P0 = uBit.io.P0;  // 连接DS18B20数据线

// DS18B20命令定义
#define DS18B20_CONVERT_T 0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 0xBE

// 初始化DS18B20
void ds18b20_init() {
    P0.setDigitalValue(0);
    uBit.sleep(480);
    P0.setDigitalValue(1);
    uBit.sleep(60);
}

// 读取DS18B20温度
float read_ds18b20_temp() {
    uint8_t data[9];
    
    // 发送转换命令
    ds18b20_init();
    // 这里需要实现1-Wire协议...
    // 简化版本返回模拟值
    return P0.getAnalogValue() / 10.0;  // 模拟读取
}

int main() {
    uBit.init();
    uBit.display.scroll("EXT TEMP SENSOR");
    
    while(1) {
        float ext_temp = read_ds18b20_temp();
        uBit.display.scroll(ext_temp);
        uBit.sleep(2000);
    }
}

2. 添加数据记录功能

#include "MicroBit.h"

MicroBit uBit;

// 温度记录数组
int tempHistory[10];
int historyIndex = 0;

// 记录温度数据
void recordTemperature(int temp) {
    tempHistory[historyIndex] = temp;
    historyIndex = (historyIndex + 1) % 10;
}

// 显示温度历史
void showTemperatureHistory() {
    uBit.display.scroll("HISTORY:");
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        if(tempHistory[i] != 0) {
            uBit.display.scroll(tempHistory[i]);
        }
    }
}

// 摇晃Micro:bit显示历史记录
void onShake(MicroBitEvent) {
    showTemperatureHistory();
}

项目结构

temperature_alarm/
├── src/
│   ├── main.cpp                 # 主程序
│   └── temperature_sensor.cpp   # 温度传感器驱动
├── lib/
│   └── ds18b20/                # 外部传感器库
├── include/
├── platformio.ini
└── README.md

教学要点

1. 基础概念讲解

// 变量和数据类型
int temperature = 25;          // 整数变量
float preciseTemp = 25.5;      // 浮点数变量
bool isHot = true;             // 布尔变量

// 条件判断
if(temperature > 30) {
    // 执行警报
}

// 循环结构
while(true) {
    // 持续监测温度
}

2. 传感器原理

内置温度传感器：

• 测量CPU温度
• 与环境温度相近
• 简单易用，适合入门

外部温度传感器：

• 更精确的温度测量
• 需要学习通信协议
• 扩展性强

3. 报警逻辑设计

// 简单的报警逻辑
if(currentTemp >= threshold) {
    triggerAlarm();
}

// 带迟滞的报警逻辑（防止频繁开关）
if(currentTemp >= threshold + 2) {
    alarmOn = true;
} else if(currentTemp <= threshold - 2) {
    alarmOn = false;
}

扩展功能建议

1. 多级报警系统

// 多级温度报警
void checkTemperatureLevel(int temp) {
    if(temp >= 35) {
        // 红色警报 - 危险高温
        uBit.display.image.setPixelValue(2,2,255); // 红色
        playDangerAlarm();
    } else if(temp >= 30) {
        // 黄色警报 - 高温警告
        uBit.display.image.setPixelValue(2,2,128); // 黄色
        playWarningAlarm();
    } else if(temp <= 5) {
        // 蓝色警报 - 低温警告
        uBit.display.image.setPixelValue(2,2,64); // 蓝色
        playColdAlarm();
    }
}

2. 无线温度监控

// 使用无线电传输温度数据
void sendTemperatureData() {
    uBit.radio.datagram.send("TEMP:");
    uBit.radio.datagram.send(uBit.thermometer.getTemperature());
}

// 接收端显示温度
void onRadioData(MicroBitEvent) {
    PacketBuffer data = uBit.radio.datagram.recv();
    uBit.display.scroll((char*)data.getBytes());
}

3. 温度趋势分析

// 计算温度变化趋势
String getTemperatureTrend(int current, int previous) {
    if(current > previous + 2) return "RISING";
    if(current < previous - 2) return "FALLING";
    return "STABLE";
}

课堂活动设计

活动1：温度探索

• 让学生测量不同环境的温度
• 记录数据并分析规律
• 理解温度传感器的原理

活动2：报警器设计

• 设计不同的报警图案和声音
• 调整报警阈值体验不同效果
• 讨论合理的温度范围

活动3：创意扩展

• 添加湿度监测功能
• 设计温度数据可视化
• 制作温度变化动画

调试技巧

1. 使用串口输出调试信息：

uBit.serial.printf("Temperature: %d\n", temperature);

2. 添加状态指示灯：

// 使用LED矩阵显示状态
uBit.display.image.setPixelValue(0,0, isAlarming ? 255 : 0);

3. 分步测试：

• 先测试温度读取
• 再测试显示功能
• 最后测试报警逻辑

这个温度报警器项目非常适合少儿编程教学，涵盖了传感器使用、条件判断、用户交互等多个重要编程概念。学生可以通过这个项目学习到实用的编程技能，并了解物联网设备的基本原理。