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會奔跑的智能鬧鐘
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## 團隊資訊
2021 MakeNTU
編號：Team10
隊名：搞毛啊今年怎麼沒有吃到飽
組員：臺大電機大一　江秉城
　　　臺大電機大一　巫竑儒
　　　臺大電機大一　謝承修

創作理念
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<b style="color:darkblue">如果今天可以不用出門上班，你會幾點起床？
不小心睡過頭後，一定是懊悔的吧？</b>

居家工作多了些自由，但少了必須回到工作崗位的壓力。對員工而言，非常容易...被人性所困(睏?!)

因此我們希望開發出一套<b style="color:darkblue">除了死人，誰都叫得醒</b>的鬧鐘！希望使用者不會因為一時糊塗或反射性按掉鬧鐘，而錯過早晨的黃金工作時間。

如此一來，不僅在起床的時候增添許多樂趣及工作產能，也能避免自己鑄下睡過頭的大錯後才來懊悔喔！

功能與特色
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身為鬧鐘，就要有鬧鐘的基本功能：<b style="color:darkblue">在設定的時間響起。</b>

但不同於一般鬧鐘只會響，<b style="color:darkblue">它還會開始跑！</b>讓使用者無法隨便伸手就讓他安靜，繼續他的懶惰計畫～但如果你以為玩你跑我追就可以讓使用者清醒，那肯定是低估了人類的惰性。

有鑑於此，我們<b style="color:darkblue">引入STM32 X-CUBE-AI套件</b>以設計清醒測試。使用者抓到奔跑鬧鐘後，還必須在螢幕上寫特定字（預設"WAKEUP"）。如果寫得工整又正確，鬧鐘才會認為你真的醒了然後安靜。

接著鬧鐘會向你<b style="color:darkblue">播報天氣</b>，即使你今天不用出門上班～
並且會顯示你下一個重要的行程，作為備忘錄的功能。

更新板demo影片
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* 比賽當天的demo影片並不完整，因此我們重新附上影片。
* 從第一個影片中可以看到，當時間來到九點的時候(起床的時間，可自行設置)，會自動撥放音樂以及打開馬達(不放在地上跑是因為方便拍攝)，提醒你要起床了。接著，你必須在觸控面板上工整地寫下"WAKEUP"六個字(如果寫太醜的話會要求重寫)，寫完之後會自動關閉馬達與音樂。而此時，可以觀察到LCD螢幕交替顯示下個工作與當天天氣。其中，工作的備忘錄是提前寫好的，而天氣的播報則是由Python上網爬蟲後將資訊用藍芽的方式回傳到開發版上進而顯示出來的。

<br><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/oLRXym1LWJc" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>

* 第二個影片是在DEMO車子行走的功能。影片中可以看到，當起床的時間一到，車子便會開始在地上「奔跑」。奔跑的目的是為了讓人要起身抓住他，所以車子會不規則的橫衝直撞。但同時，車子前方的超聲波模組可以幫忙探知前方是否有障礙物，避免車身受到撞擊。

<br><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/qUD686MVLz8" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>

使用技術
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* 開發版
* STM32F746G-DISCO
* Arduino Nano
* Arduino Uno
* 開發環境
* STM32CubeIDE 1.2.0
* Arduino IDE
* Visual Studio Code
* 模組
* HC-SR04 超音波測距模組
* HC-05 藍芽模組
* I2C 16x2 LCD 液晶螢幕
* L298N 馬達控制模組
* 1W 8Ω揚聲器
* 車身設計
* 使用AutoCAD進行繪圖，再利用雷射切割出車身。

系統方塊圖
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* STM32F746G-DISCO：觸控板寫字
* Arduino Uno：掌控時間、接收天氣資訊
* Arduino Nano：馬達控制與避障
* Python：負責上網抓取天氣資訊並傳送


<!--

Note left of User: Sleeping
Arduino Uno->LCD Display: RealTime
Note left of LCD Display: Refresh per second 
Note left of Arduino Uno: Time to WAKEUP!
Arduino Uno->Speaker: Turn on alarm music
Arduino Uno->Arduino Nano: Turn on motor
Arduino Nano->Motor: Turn on motor
Note left of User: Start chasing the clock!
HcSr04->Arduino Nano: See Obstacle
Arduino Nano-> Motor: Change direction
Note left of Motor: Loop while motor's on
Note left of User: Successfully Grab the clock!
User->STM32F746G: Write WAKEUP on screen
Note right of STM32F746G: WAKEUP is correct
STM32F746G->Arduino Uno: User is awake
Arduino Uno->Speaker: Turn off alarm music
Arduino Uno->Arduino Nano: turn off motor
Arduino Nano->Motor: Turn off motor
Python->Arduino Uno: weather report

-->

內部結構展示
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* Arduino Nano 連接超音波測距模組與L298N馬達控制模組(L298N有外接電池)


* Arduino Uno 連接揚聲器、HC-05藍芽模組及I2C 16x2 LCD液晶螢幕


* 車身是用雷切後的木板拼裝而成


* 三塊開發版間的溝通：STM32F746G的D10腳位連接Arduino Uno的A0腳位，由Arduino Uno的D6腳位連接Arduino Nano的A6腳位


未來展望
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在這次賽期中，我們研究的套件比用上的多太多了，包括TouchGFX、FreeRTOS、X_CUBE_AUDIO等等。最主要的問題是我們太晚發現FreeRTOS這個專案流程整合套件，沒時間把他學會，使鬧鐘的各功能無法合併到一個開發板上。

為使鬧鐘仍能滿足我們的要求，目前的替代方案是使用多個板子進行各自的工作，而不同板子間的溝通由腳位的I/O達成。例如使用者在STM32F746G-DISCO的觸控板寫完字後，該板子會在設定好的腳位輸出高電位，當Arduino Nano讀到此訊號，就會讓馬達停止運作。

但這樣的缺點就是高成本與增加硬體的複雜程度，由外接電池的數量就能看出。若我們學會FreeRTOS，我們能夠達成以下事項：
* 行事曆功能：
* 我們原本要利用TouchGFX製作像圓餅圖的時間表，隨著時間過去，會有更多面積被塗顏色，而每個顏色代表一個行程。如此一來能使在家工作者更有時間規劃能力，提升工作效率。<br>
* 示意影片如下：
<br><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/ccbx_Q9iFEc" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>

* 音響USB隨插隨放：
* 我們有利用X_CUBE_AUDIO實作出播放USB中mp3&wav檔的專案，若此功能也被放入鬧鐘，我們的鬧鐘還可以拿來當作播放自己最愛音樂的好音響!
* 實作成果影片如下(影片中micro USB連接出的裝置便是一個隨身碟)：
<br><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/_JEIA93tt-Y" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>
* 大幅縮減開發板跟電池數量：
* 若能用FreeRTOS將各個專案結合，我們就能只用一塊STM32F746G達到以上事項。如此一來就不用外接那麼多電池給其他板子供電，鬧鐘所需要的體積也會變得更小、重量更輕，使鬧鐘變的小巧具有攜帶方便性。
* 方便在後端設計電源插孔，將產品外觀包裝得更直覺、簡潔。

* 使用者圖形化介面

* 若克服技術性問題，我們也可以開發手機的app。透過app的圖形化介面，使用者能更方便在睡前設定隔天的鬧鐘與行程。合併上述的行事曆功能，必然會增加智能鬧鐘的使用彈性與便利性。

* 人聲播報天氣
* 若能夠克服藍芽傳訊的問題，傳送mp3的格式(兩邊都要能進行轉檔的動作，因為藍芽無法直接以藍芽格式傳遞訊息，目前有實作出STM32轉檔的功能，在X_CUBE_AUDIO中)，我們便能實現以人聲播報天氣的想法，也可以讓使用者可以更方便的接收其他訊息(用python爬蟲即可)
* 實作成果影片如下：
<br><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/z2YlpTxjsAM" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>

程式碼 (皆已push到Github上)
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* 本作品有實際用上的
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/blob/main/src/obstacle_avoidance.ino">Arduino Nano Code here</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/blob/main/src/LCD_display_and_music.ino">Arduino Uno Code here</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/blob/main/src/main%20-%20AI.c">STM32F746G-DISCO Code here</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/blob/main/src/weather_report%20(version_1).py">Python Code here （目前做的：顯示天氣至LCD面板）</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/blob/main/src/weather_report(version_2).py">Python Code here （未加上去的：讓speaker直接以中文播報天氣）</a>

* 本作品未來展望可能用得上的
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/tree/main/src/STM_X-CUBE-AI">STM X-CUBE AI Code here</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/tree/main/src/STM_TouchGFX">STM TouchGFX Code here</a>
* <a href="https://github.com/MakeNTU/2021_team10_/tree/main/src/STM_X-CUBE-AUDIO">STM X-CUBE AUDIO Code here</a>