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.. _4.1.3_py:

4.1.3 Reloj Parlante
=============================

Introducción
-----------------

En este proyecto, vamos a hacer un reloj parlante con un altavoz y un display de 7 segmentos de 4 dígitos. El display mostrará la hora y el altavoz anunciará la hora cada hora.

Componentes Necesarios
------------------------------

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

.. image:: ../img/3.1.17components.png
  :width: 800
  :align: center

Es muy conveniente comprar un kit completo, aquí está el enlace:

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Nombre
        - ELEMENTOS EN ESTE KIT
        - ENLACE
    *   - Kit Raphael
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE
        - ENLACE DE COMPRA

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_audio_speaker`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|


Diagrama Esquemático
--------------------------

============== =============== ======== ===
Nombre T-Board cableado físico wiringPi BCM
GPIO17         Pin 11          0        17
GPIO27         Pin 13          2        27
GPIO22         Pin 15          3        22
SPIMOSI        Pin 19          12       10
GPIO18         Pin 12          1        18
GPIO23         Pin 16          4        23
GPIO24         Pin 18          5        24
============== =============== ======== ===

.. image:: ../img/4.1.3_speechclock_schematic.png
  :width: 700
  :align: center

.. image:: ../img/3.1.17_schematic.png
  :width: 400
  :align: center
  
Procedimientos Experimentales
-------------------------------

**Paso 1:** Construye el circuito.

.. image:: ../img/3.1.17fritzing.png
  :width: 900
  :align: center

Antes de este proyecto, debes asegurarte de haber completado :ref:`3.1.4_py`.

**Paso 2:** Usa el comando ``date`` para ver la hora local.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    date

Si la hora local es diferente de la hora real, necesitas usar el siguiente comando para configurar la zona horaria.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo dpkg-reconfigure tzdata

Elige tu zona horaria.

.. image:: ../img/tzdata.png

**Paso 3:** Accede a la carpeta del código.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**Paso 4:** Ejecuta.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    python3 4.1.3_SpeechClock.py

Después de ejecutar el código:

- Se reproduce un mensaje de bienvenida: “Clock system started. Welcome!”
- La pantalla de cuatro dígitos muestra la hora actual en formato HH:MM.
- Al inicio de cada hora (cuando el minuto = 0), el sistema anuncia la hora actual una vez.
- La pantalla se actualiza continuamente hasta que se presione ``Ctrl+C``, momento en el cual se liberan los recursos de GPIO.


**Código**

.. note::
    Puedes **Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener** el código a continuación. Pero antes de eso, necesitas ir a la ruta del código fuente como ``raphael-kit/python``. Después de modificar el código, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    from tts import TTS
    import time

    # Initialize TTS
    tts = TTS(engine="espeak")
    tts.lang('en-US')

    # GPIO pins
    SDI = 24
    RCLK = 23
    SRCLK = 25

    placePin = (10, 22, 27, 17)

    # Seven-segment encoding
    number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

    def setup():
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(SDI, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(RCLK, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(SRCLK, GPIO.OUT)
        for pin in placePin:
            GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

    def clearDisplay():
        for _ in range(8):
            GPIO.output(SDI, 1)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def hc595_shift(data):
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, (0x80 & (data << i)))
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def pickDigit(digit):
        # Turn all digits off
        for pin in placePin:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
        # Turn selected digit ON
        GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

    def loop():
        status = 0

        while True:
            now = time.localtime()
            hour = now.tm_hour
            minute = now.tm_min

            # Display minute (unit)
            clearDisplay()
            pickDigit(0)
            hc595_shift(number[minute % 10])

            # Display minute (tens)
            clearDisplay()
            pickDigit(1)
            hc595_shift(number[(minute // 10) % 10])

            # Display hour (unit)
            clearDisplay()
            pickDigit(2)
            hc595_shift(number[hour % 10])

            # Display hour (tens)
            clearDisplay()
            pickDigit(3)
            hc595_shift(number[(hour // 10) % 10])

            # Speak once every hour (at minute == 0)
            if minute == 0 and status == 0:
                tts.say(f'The time is now {hour} hours and {minute} minutes')
                time.sleep(3)   # Give time to finish speaking
                status = 1
            elif minute != 0:
                status = 0

            time.sleep(0.005)  # Prevent CPU overload

    def destroy():
        GPIO.cleanup()

    if __name__ == '__main__':
        setup()

        # ★ Welcome message at startup
        tts.say("Clock system started. Welcome!")
        time.sleep(3)

        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:
            destroy()

**Explicación del código**

#. Inicializa el motor de conversión de texto a voz (TTS) usando ``espeak`` y establece el idioma en inglés.

   .. code-block:: python

       tts = TTS(engine="espeak")
       tts.lang('en-US')

#. Define los pines GPIO utilizados para el registro de desplazamiento (74HC595) y los pines de selección de dígitos para la pantalla de 4 dígitos.

   .. code-block:: python

       SDI = 24
       RCLK = 23
       SRCLK = 25
       placePin = (10, 22, 27, 17)

#. Almacena los valores de codificación de segmentos usados para mostrar los dígitos 0–9 en la pantalla de siete segmentos.

   .. code-block:: python

       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. Limpia la pantalla enviando ocho bits “1” al registro de desplazamiento.

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           for _ in range(8):
               GPIO.output(SDI, 1)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

#. Envía un byte de datos de segmento al 74HC595 para actualizar el dígito mostrado.

   .. code-block:: python

       def hc595_shift(data):
           for i in range(8):
               GPIO.output(SDI, (0x80 & (data << i)))
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

#. Selecciona una de las cuatro posiciones de dígito (miles, centenas, decenas, unidades) para realizar el multiplexado.

   .. code-block:: python

       def pickDigit(digit):
           for pin in placePin:
               GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
           GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

#. Lee la hora actual desde el reloj del sistema.

   .. code-block:: python

       now = time.localtime()
       hour = now.tm_hour
       minute = now.tm_min

#. Actualiza cada dígito de la pantalla de siete segmentos para mostrar la hora actual en formato HH:MM.

   .. code-block:: python

       hc595_shift(number[minute % 10])
       hc595_shift(number[(minute // 10) % 10])
       hc595_shift(number[hour % 10])
       hc595_shift(number[(hour // 10) % 10])

#. Pronuncia la hora actual al inicio de cada hora usando TTS.

   .. code-block:: python

       if minute == 0 and status == 0:
           tts.say(f'The time is now {hour} hours and {minute} minutes')
           status = 1
       elif minute != 0:
           status = 0

#. Reproduce un mensaje de bienvenida cuando el programa inicia.

   .. code-block:: python

       tts.say("Clock system started. Welcome!")

#. Libera todos los pines GPIO cuando el usuario detiene el programa con ``Ctrl+C``.

   .. code-block:: python

       GPIO.cleanup()

Imagen del Fenómeno
------------------------

.. image:: ../img/4.1.3speech_clock.JPG
   :align: center