.. note::

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.. _4.1.3_py:

4.1.3 Orologio parlante
=============================

Introduzione
------------------

In questo progetto, realizziamo un orologio vocale con un altoparlante e un display a 7 segmenti a 4 cifre. Il display mostrerà l'ora, mentre l'altoparlante annuncerà l'ora ogni ora.

Componenti necessari
------------------------------

In questo progetto avremo bisogno dei seguenti componenti.

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

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link: 

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

    *   - Nome	
        - ELEMENTI IN QUESTO KIT
        - LINK
    *   - Kit Raphael
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Puoi anche acquistarli separatamente dai link sottostanti.

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

    *   - INTRODUZIONE AI COMPONENTI
        - LINK PER L'ACQUISTO

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_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|

Schema elettrico
--------------------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical 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

Procedura sperimentale
------------------------------

**Passo 1:** Costruisci il circuito.

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

Prima di iniziare questo progetto, assicurati di aver completato :ref:`3.1.4_py`.

**Passo 2:** Utilizza il comando ``date`` per visualizzare l'ora locale.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    date

Se l'ora locale è diversa dall'ora reale, utilizza il seguente comando per impostare il fuso orario.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo dpkg-reconfigure tzdata

Scegli il tuo fuso orario.

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

**Passo 3:** Accedi alla cartella del codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**Passo 3:** Esegui.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    python3 4.1.3_SpeechClock.py

Dopo l’esecuzione del programma:

- Viene pronunciato un messaggio di benvenuto: “Clock system started. Welcome!”
- Il display a quattro cifre mostra l’ora corrente nel formato HH:MM.
- All’inizio di ogni ora (quando il minuto = 0), il sistema annuncia l’ora corrente una sola volta.
- Il display si aggiorna continuamente finché non viene premuto ``Ctrl+C``; a quel punto le risorse GPIO vengono ripristinate e il programma termina correttamente.

**Codice**

.. note::
    Puoi **Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto. Ma prima di farlo, devi andare nel percorso del codice sorgente, come ``raphael-kit/python``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.

.. 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()


**Spiegazione del Codice**

#. Inizializza il motore di sintesi vocale utilizzando ``espeak`` e imposta la lingua su inglese.

   .. code-block:: python

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

#. Definisce i pin GPIO utilizzati per il registro a scorrimento (74HC595) e i pin di selezione delle cifre per il display a 4 digit.

   .. code-block:: python

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

#. Memorizza i valori di codifica dei segmenti utilizzati per visualizzare le cifre 0–9 sul display a sette segmenti.

   .. code-block:: python

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

#. Pulisce il display inviando otto bit “1” al registro a scorrimento.

   .. 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)

#. Invia un byte di dati dei segmenti al 74HC595 per aggiornare la cifra visualizzata.

   .. 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)

#. Seleziona una delle quattro posizioni delle cifre (migliaia, centinaia, decine, unità) per la multiplexazione.

   .. code-block:: python

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

#. Legge l’ora corrente dall’orologio di sistema.

   .. code-block:: python

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

#. Aggiorna ciascuna cifra sul display a sette segmenti per mostrare l’ora corrente nel 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])

#. Annuncia l’ora corrente tramite sintesi vocale una volta all’inizio di ogni ora.

   .. 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

#. Riproduce un messaggio di benvenuto quando il programma viene avviato.

   .. code-block:: python

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

#. Ripristina lo stato dei pin GPIO quando l’utente interrompe il programma con ``Ctrl+C``.

   .. code-block:: python

       GPIO.cleanup()

Immagine del fenomeno
-----------------------------

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