Электроника для начинающих (2-е издание)

Теперь вы настроили все для преобразования аналогового входного сигнала в числовое значение. Но погодите, здесь чего-то не хватает. У схемы нет выхода!

В идеальном мире плата Arduino Uno продавалась бы с маленьким алфавитно-цифровым дисплеем, чтобы вы могли использовать ее как настоящий компьютер. В принципе, вы можете раздобыть дисплей, который будет работать с платой Arduino, но опять-таки это внесло бы дополнительную сложность. Микроконтроллер не является устройством «подключи и работай». Чтобы отправлять информацию на дисплей, микроконтроллер нужно сначала запрограммировать.

Поэтому я упрощу задачу. Индикатором в нашем устройстве будет маленький желтый светодиод на плате Arduino. Представим себе, что этот индикатор является комнатным обогревателем, который включается, когда холодно, и выключается, когда тепло.

Гистерезис

Предположим, мы нагреваем теплицу, температура в которой должна составлять 30 °C. Допустим, напряжение комбинации «терморезистор-резистор» при этой температуре составляет 2,3 В. Отыщите его на графике (см. рис. 5.89), и вы увидите, что АЦП внутри микроконтроллера преобразует это напряжение в числовое значение около 470.

Таким образом, наш порог – 470. Если значение снижается до 469, мы включаем нагрев (или имитируем его включением светодиода). Если значение возрастает до 471, мы выключаем нагрев.

Однако, постойте. Имеет ли это смысл? Ведь даже самое небольшое повышение температуры, воспринимаемое терморезистором, будет включать светодиод, а незначительное понижение будет выключать его. Система будет все время включаться и выключаться.

Обычный термостат не реагирует на небольшие изменения температуры, когда кто-то открывает или закрывает дверь. Когда он включается, он остается включенным до тех пор, пока температура не станет чуть выше установленного значения. Затем, когда он прекращает нагрев, он остается выключенным, пока температура не опустится немного ниже указанного значения.

Такое поведение называется гистерезисом, и я расскажу о нем более детально в связи с компонентом, который называется компаратором, в моей следующей книге – продолжении данной: Make: More Electronics.

Как мы можем реализовать гистерезис в программе для микроконтроллера? Нам необходим более широкий диапазон значений, чем числа от 469 до 471. Программа могла бы описывать следующее: «Если светодиод включен, пусть он остается в этом состоянии, пока значение температуры не превысит 490. Затем его следует выключить». А также: «Если светодиод выключен, пусть он будет в таком состоянии, пока значение температуры не упадет ниже 460. Затем его надо включить».

Сможем ли мы это сделать? Да, очень легко. Программа, представленная в листинге 5.1, функционирует именно так. Протестировав эту программу, я сделал снимок экрана в среде Arduino IDE, и поэтому у меня есть веские основания полагать, что она работает.

Листинг 5.1

Эта программа содержит также некоторые новые понятия – но для начала введите ее в среду IDE. Не обязательно включать все строки комментариев, которые я добавил только для пояснения.

В более коротком варианте программы (листинг 5.2) строки комментариев опущены.

Листинг 5.2

Выполните проверку/компиляцию вашей программы и при необходимости исправьте опечатки (возможно, вы где-либо пропустили точку с запятой – это самая распространенная ошибка).

Подключите плату Arduino, загрузите программу, и если температура вашего терморезистора ниже 30 °C, должен зажечься желтый светодиод.

Нагрейте терморезистор, зажав его между пальцами, как будто температура в помещении увеличилась. Спустя несколько секунд светодиод погаснет. Теперь отпустите терморезистор, и он остынет, но светодиод еще продолжит гореть некоторое время, потому что гистерезис в данной системе заставляет выждать, пока температура не станет достаточно низкой. В конечном счете, светодиод загорится снова. Получилось!

Но как же работает эта программа?

Строка за строкой

В программе существует такое понятие, как переменная. Это небольшая область памяти микроконтроллера, где может храниться числовое значение. Вы можете представить ее как «ячейку памяти». Из программы можно обратиться к ячейке при помощи имени переменной. Внутри ячейка содержит числовое значение.

Строка int digitemp = 0; означает, что объявил переменную с именем digitemp. Она является целочисленной (целым числом) и принимает значения начиная с нуля.

В строке int ledstate = 0; я объявил еще одну целочисленную переменную, чтобы отслеживать состояние светодиода на плате (включен или выключен). Нельзя попросить микроконтроллер посмотреть на светодиод и сказать, в каком он состоянии, поэтому я должен самостоятельно предусмотреть все требуемые действия.