一、硬件介绍（Hardware）

1.1 主控板

• MCU：Raspberry Pi RP2040（双核 ARM Cortex-M0+，133 MHz）

• 封装：Arduino Nano 经典尺寸（18 × 45 mm），兼容 Grove 扩展板

• 工作电压：3.3 V（逻辑电平 3.3 V，Grove 模块同样为 3.3 V 域，无需电平转换）

• 数字 IO：20 个（含 A0..A5 复用为 D14..D19），全部支持 INPUT_PULLUP

• 模拟输入：8 个 12-bit ADC（本次项目把 A2 作为数字口 D16 使用）

• 开发框架：ArduinoCore-mbed（PlatformIO platform = raspberrypi）

1.2 Grove 模块清单

• 板载 LED + 保护电阻 + 电位器，可旋转调节亮度；

• 数字输入：HIGH 点亮，LOW 熄灭；

• 本项目不使用电位器（直接给满电平），符合"指示电源或信号存在"的典型用法。

• 主体是一个压电蜂鸣器；

• 数字输出 HIGH 时发声，LOW 时静音；

• 也可以接 PWM 输出产生不同音调，本项目直接用 2 Hz 方波驱动，足以达到"报警"目的。

• 迷你 SPDT 滑动开关，质量可靠；

• 本项目用其单刀单掷功能：开关另一端接 GND，公共端接 D2，配合 INPUT_PULLUP 使用；

• 开关断开 → D2 被内部上拉 → 读 HIGH → OFF；

• 开关闭合 → D2 被拉到 GND → 读 LOW → ON。

• 高灵敏、无方向性振动传感器（弹簧 + 套管式结构）；

• 模块在静止时电路导通，输出 HIGH；

• 发生振动时弹簧短暂脱离接触，输出 LOW；

• 板载电位器可调节灵敏度（顺时针变灵敏）；

• 本项目把信号线接到丝印 A2（即 Arduino D16），用数字读法即可：LOW ⟹ 振动。

1.3 接线总览

Arduino Nano RP2040 Connect
            ┌────────────────────────────────┐
            │                          D2  ──┼──► Switch(P) ──► GND
            │                          D4  ──┼──► Red LED (VCC 来自板载 3V3)
            │                          D6  ──┼──► Buzzer  (VCC 来自板载 3V3)
            │                          A2  ──┼──► Vibration SW-420
            └────────────────────────────────┘

二、软件设计（Software Design）

程序结构总览

main.cpp
├── 文件头注释（接线、行为、SW-420 极性说明）
├── 引脚 / 参数常量
├── 状态机定义
├── setup()         引脚初始化 + 串口启动 + 启动信息打印
├── 内联工具函数     switchIsOn() / vibrationDetected() / alarmOutputs()
└── loop()
     ├── 1) 开关 OFF 分支：立即清零 + 退出
     ├── 2) 开关 ON  + 状态机（IDLE / ALARM）
     └── 3) 日志节流打印
状态机设计

enum AlarmState : uint8_t {
  STATE_IDLE,    // 开关 OFF 或 未触发
  STATE_ALARM,   // 报警中
};

bool heldLongEnough  = (now - alarmStartMs)        >= ALARM_HOLD_MS;
bool quietLongEnough = (now - alarmLastTriggerMs)  >= ALARM_HOLD_MS;
if (!vibrating && heldLongEnough && quietLongEnough) { ... }

1. !vibrating — 真的解除了振动；

2. heldLongEnough — 至少报警 2 s，避免闪一下就灭；

3. quietLongEnough — 解除后再延 2 s。

关键算法：2 Hz 闪烁（绝对相位法）

• 不在 delay(250) 后再切电平，而是基于"距离进入报警态多久"的绝对相位切电平；

• 因此 loop() 周期抖动（10–20 ms）只影响翻转时刻，不影响长期频率；

• 抗漂移、首次翻转延迟 = 0。

时间参数

三、功能展示

#include <Arduino.h>

const uint8_t LED_PIN      = 4;    // 丝印 D4
const uint8_t BUZZER_PIN   = 6;    // 丝印 D6
const uint8_t SWITCH_PIN   = 2;    // 丝印 D2 (滑动开关，使用 INPUT_PULLUP)
const uint8_t VIBRATION_PIN = 16;  // 丝印 A2 (作为数字口 D16 使用)

const uint8_t  ALARM_FREQ_HZ   = 2;
const uint16_t ALARM_PERIOD_MS = 1000UL / ALARM_FREQ_HZ;   // 500
const uint16_t ALARM_HALF_MS   = ALARM_PERIOD_MS / 2;      // 250

const uint32_t ALARM_HOLD_MS   = 2000;

const uint32_t LOG_INTERVAL_MS = 100;

enum AlarmState : uint8_t {
  STATE_IDLE,          // 开关 OFF 或 未触发
  STATE_ALARM,         // 报警中
};

AlarmState state            = STATE_IDLE;
uint32_t   alarmStartMs     = 0;     // 进入报警态的时间 (用于 "至少 2 s")
uint32_t   alarmLastTriggerMs = 0;   // 最后一次检测到振动的时间 (用于 "解除后再延 2 s")
bool       alarmBlinkPhase  = false; // 当前半周期是高还是低

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
  pinMode(SWITCH_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(VIBRATION_PIN, INPUT);

  Serial.begin(115200);
  uint32_t t0 = millis();
  while (!Serial && (millis() - t0) < 2000) { /* 等待 USB CDC 枚举或超时 */ }

  Serial.println();
  Serial.println("=== Vibration Alarm ready ===");
  Serial.println("    Switch OFF -> 全部停止");
  Serial.println("    Switch ON  -> 检测 A2 振动；触发后 LED+蜂鸣器 2 Hz 闪烁");
  Serial.println("                  至少报警 2 s；解除后再延 2 s 退出");
}

inline bool switchIsOn() {
  return digitalRead(SWITCH_PIN) == LOW;
}

inline bool vibrationDetected() {
  return digitalRead(VIBRATION_PIN) == LOW;
}

inline void alarmOutputs(bool on) {
  digitalWrite(LED_PIN, on ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(BUZZER_PIN, on ? HIGH : LOW);
}

// ---------------------------------------------------------------------
// loop
// ---------------------------------------------------------------------
uint32_t lastLogMs = 0;

void loop() {
  uint32_t now = millis();

  if (!switchIsOn()) {
    if (state != STATE_IDLE) {
      state = STATE_IDLE;
      alarmOutputs(false);
      Serial.println("[SW] switch OFF -> alarm cleared, sensing disabled");
    }
    delay(10);
    return;
  }

  bool vibrating = vibrationDetected();

  switch (state) {
    case STATE_IDLE: {
      if (vibrating) {
        state = STATE_ALARM;
        alarmStartMs = now;
        alarmLastTriggerMs = now;
        alarmBlinkPhase = true;
        alarmOutputs(true);  // 第一半周期：高
        Serial.println("[ALARM] vibration detected -> enter ALARM state");
      }
      break;
    }

    case STATE_ALARM: {
      if (vibrating) {
        alarmLastTriggerMs = now;
      }

      bool phase = ((now - alarmStartMs) / ALARM_HALF_MS) % 2 == 0;
      if (phase != alarmBlinkPhase) {
        alarmBlinkPhase = phase;
        alarmOutputs(alarmBlinkPhase);
      }

      bool heldLongEnough = (now - alarmStartMs)     >= ALARM_HOLD_MS;
      bool quietLongEnough = (now - alarmLastTriggerMs) >= ALARM_HOLD_MS;
      if (!vibrating && heldLongEnough && quietLongEnough) {
        state = STATE_IDLE;
        alarmOutputs(false);
        Serial.println("[ALARM] quiet for 2 s -> back to IDLE");
      }
      break;
    }
  }

  // ----- 3) 节流日志 -----
  if (now - lastLogMs >= LOG_INTERVAL_MS) {
    lastLogMs = now;
    Serial.print("sw=");
    Serial.print(switchIsOn() ? "ON " : "OFF");
    Serial.print("  vib=");
    Serial.print(vibrating ? "YES" : "no ");
    Serial.print("  state=");
    Serial.print(state == STATE_ALARM ? "ALARM" : "IDLE");
    if (state == STATE_ALARM) {
      Serial.print("  sinceLastTrig=");
      Serial.print(now - alarmLastTriggerMs);
      Serial.print("ms");
    }
    Serial.println();
  }

  delay(10);
}