Энергосбережение и сон arduino

Arduino и ШИМ

В уроке про функции времени я рассказывал, что у микроконтроллера есть так называемые счётчики, которые считают “пинки” от тактового генератора (кварца). Данные счётчики как раз и генерируют ШИМ сигнал, т.е. само вычислительное ядро микроконтроллера в этом не участвует. Помимо расчётов, даже вывод сигнала с ноги МК ложится на плечи счётчика

Это очень важно понимать, потому что ШИМ сигнал не тормозит выполнение кода, так как его генерацией занимается буквально “другая железка”

На платах UNO/Nano/Pro Mini у нас есть три таймера-счётчика, у каждого таймера есть по два выхода на пины МК, то есть у нас есть 2*3=6 пинов, способных генерировать ШИМ сигнал. Для генерации ШИМ у нас есть готовая функция

  • – пин, являющийся выводом таймера. Для Нано/Уно это пины D3, D5, D6, D9, D10, D11. На некоторых платах они помечены * звёздочкой, а вообще для определения ШИМ пинов на любой другой модели Ардуино достаточно загуглить распиновку
  • – заполнение ШИМ сигнала. По умолчанию все “выходы” ШИМ у нас 8-битные, то есть duty может принимать значение с “разрешением” 8 бит, а это 0-255

Совместим эти знания с прошлым уроком и попробуем менять яркость светодиода, подключенного через резистор к пину D3. Потенциометр подключен к пину A0

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);   // D3 как выход
}

void loop() {
  // ШИМ на 3 пин, 1023/4 = 255 - перевели диапазон
  analogWrite(3, analogRead(0) / 4);
  delay(10);
}

Рассмотренный пример меняет яркость светодиода в зависимости от положения рукоятки потенциометра.

Пару слов о “стандартном” ШИМ сигнале – мы получаем его с такими настройками, какие нам даёт библиотека Arduino.h, а настройки эти сильно занижены по сравнению с возможностями Arduino. Про “улучшение” ШИМ мы поговорим позже, а сейчас давайте глянем на характеристики ШИМ “из коробки”:

Таймер Пины Частота Разрешение
Timer 0 D5 и D6 976 Гц 8 бит (0-255)
Timer 1 D9 и D10 488 Гц 8 бит (0-255)
Timer 2 D3 и D11 488 Гц 8 бит (0-255)

Это весьма плачевные цифры, особенно по частоте. Все таймеры приведены под одну гребёнку, чтобы пользователь не думал не гадал и лишнюю документацию не изучал. К изменению частоты и разрядности ШИМ мы вернёмся в отдельном уроке, а пока что можете посмотреть данный урок в видео варианте.

Отличия активного и пассивного зуммера

Главное отличие активного зуммера от пассивного заключается в том, что активный зуммер генерирует звук самостоятельно. Для этого пользователь должен просто включить или выключить его, другими словами, подав напряжение на контакты или обесточив. Пассивный зуммер же требует источника сигнала, который задаст параметры звукового сигнала. В качестве такого источника может выступать плата Ардуино. Активный зуммер будет выдавать более громкий звуковой сигнал в сравнении с его конкурентом. Частота излучаемого звука активного зуммера составляет значения 2,5 кГц +/- 300Гц. Напряжение питания для пищалки варьируется от 3,5 до 5 В.

Активный пьезоизлучатель предпочтительней еще из-за того, что в скетче не потребуется создавать дополнительный фрагмент кода с задержкой, влияющий на рабочий процесс. Также для определения того, что за элемент находится перед пользователем, можно измерить сопротивление между двумя проводами. Более высокие значения будут указывать на активный зуммер ардуино.

По своей геометрической форме пищалки никак не различаются, и отнести элемент к тому или иному виду по данной характеристике не представляется возможным. Визуально зуммер можно идентифицировать, как активный, если на плате присутствуют резистор и усилитель. В пассивном зуммере в наличии только маленький пьезоэлемент на плате.

Исходный код программы (скетча)

Arduino

#include<LiquidCrystal.h> // подключение библиотеки для работы с ЖК дисплеем
LiquidCrystal lcd (7,8,9,10,11,12); // контакты Arduino , к которым подключены контакты ЖК дисплея (RS,E,D4,D5,D6,D7)
volatile int output = LOW;
int i = 0;
void setup()
{
lcd.begin(16,2); // устанавливаем режим работы ЖК дисплея 16×2
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(«CIRCUIT DIGEST»);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(«ArduinoInterrupt»);
delay(3000);
lcd.clear();
pinMode(13,OUTPUT);

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),buttonPressed1,RISING); // функция для создания внешнего прерывания на контакте 2 для события повышения уровня (с LOW на HIGH)
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3),buttonPressed2,RISING); // функция для создания внешнего прерывания на контакте 3 для события повышения уровня (с LOW на HIGH)

}
void loop()
{
lcd.clear();
lcd.print(«COUNTER:»);
lcd.print(i);
++i;
delay(1000);
digitalWrite(13,output); //светодиод включается или выключается в зависимости от состояния переменной output
}
void buttonPressed1() // эта функция для обработки прерывания выполняется при нажатии кнопки, подключенной к контакту D2
{
output = LOW; //изменяем состояние переменной Output на LOW
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(«Interrupt 1»);
}
void buttonPressed2() // эта функция для обработки прерывания выполняется при нажатии кнопки, подключенной к контакту D3
{
output = HIGH; // изменяем состояние переменной Output на HIGH
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(«Interrupt2»);
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40

#include<LiquidCrystal.h>                        // подключение библиотеки для работы с ЖК дисплеем

LiquidCrystallcd(7,8,9,10,11,12);// контакты Arduino , к которым подключены контакты ЖК дисплея (RS,E,D4,D5,D6,D7)

volatileintoutput=LOW;

inti=;

voidsetup()

{

lcd.begin(16,2);//  устанавливаем режим работы ЖК дисплея 16×2

lcd.setCursor(,);

lcd.print(«CIRCUIT DIGEST»);

lcd.setCursor(,1);

lcd.print(«ArduinoInterrupt»);

delay(3000);

lcd.clear();

pinMode(13,OUTPUT);

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),buttonPressed1,RISING);// функция для создания внешнего прерывания на контакте 2 для события повышения уровня (с LOW на HIGH)

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3),buttonPressed2,RISING);//  функция для создания внешнего прерывания на контакте 3 для события повышения уровня (с LOW на HIGH)  

}

voidloop()

{

lcd.clear();

lcd.print(«COUNTER:»);

lcd.print(i);

++i;

delay(1000);

digitalWrite(13,output);//светодиод включается или выключается в зависимости от состояния переменной output

}

voidbuttonPressed1()// эта функция для обработки прерывания выполняется при нажатии кнопки, подключенной к контакту D2

{

output=LOW;//изменяем состояние переменной Output на LOW                                

lcd.setCursor(,1);

lcd.print(«Interrupt 1»);

}

voidbuttonPressed2()// эта функция для обработки прерывания выполняется при нажатии кнопки, подключенной к контакту D3                            

{

output=HIGH;// изменяем состояние переменной Output на HIGH                                    

lcd.setCursor(,1);

lcd.print(«Interrupt2»);

}

Как подключить моторчик к Arduino

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • мотор постоянного тока (Motor DC);
  • транзистор полевой/биполярный;
  • драйвер двигателей L298N;
  • провода «папа-папа», «папа-мама».

Перед выбором способа управления двигателем от Arduino Uno r3, уточните на какое напряжение рассчитан ваш моторчик. Если питание требуется более 5 Вольт, то следует использовать транзистор или драйвер. Распиновка транзисторов может отличаться от приведенного примера (следует уточнить распиновку для своего типа). Драйвер L298N позволит не только включать мотор, но и изменять направление вращения.

Скетч. Подключение мотора напрямую

Подключение мотора к Ардуино напрямую — самый простой вариант включения вентилятора на Arduino или машинки. Команда для включения двигателя не отличается, от команды при подключении светодиода к микроконтроллеру. Функция digitalWrite включает/выключает подачу напряжения на цифровой порт, к которому подключен двигатель постоянного тока. Соберите схему и загрузите программу.

Пояснения к коду:

  1. для подключения мотора без драйвера можно использовать любой порт;
  2. если двигатель не включается, то, возможно, не хватает силы тока на цифровом выходе, подключите двигатель через транзистор к порту 3,3V или 5V.

Скетч. Подключение мотора через транзистор

Подключение мотора через транзистор к Ардуино потребуется, если двигатель никак не хочет включаться от платы напрямую, то следует использовать порт 5 Вольт на микроконтроллере или внешний источник питания. Транзистор будет играть роль ключа, замыкая/размыкая электрическую цепь. Сам транзистор управляется цифровым портом. Соберите схему, как на картинке и загрузите программу.

Пояснения к коду:

  1. при необходимости можно подключить два мотора FA-130 к Ардуино;
  2. в зависимости от характеристик, двигатель подключается к 3,3 или 5 Вольтам.

Скетч. Подключение мотора через драйвер

Подключение мотора к Ардуино через драйвер L298N или Motor Shield L293D позволит менять направление вращения ротора. Но для использования данных модулей потребуется установить соответствующие библиотеки для Ардуино. В примере мы использовали схему подключения двигателя с помощью модуля L298N. Соберите схему, как на картинке ниже и загрузите следующий скетч с использованием.

Источник

Питание в Vin

Питание в пин Vin (и GND) – более универсальный способ питания ардуино-проекта, этот пин заводит питание на бортовой стабилизатор напряжения ардуино, на китайских платах обычно стоит AMS1117-5.0. Это линейный стабилизатор, что имеет свои плюсы и минусы. Он позволяет питать ардуино и ардуино-проект от напряжения 7-12 Вольт (это рекомендуемый диапазон, так то питать можно от 5 до 20 Вольт). Стабилизатор устроен так, что он выдает хорошее ровное напряжение с минимальными пульсациями, но всё лишнее напряжение превращает в тепло. Если питать плату и один миниатюрный сервопривод от 12 Вольт, то при активной работе привода стабилизатор нагреется до 70 градусов, что уже ощутимо горячо. По некоторым расчетам из даташита можем запомнить некоторые цифры:

  • При напряжении 7 Вольт (таких блоков питания я не встречал) в Vin можно снять с пина 5V до 2A, больше – перегрев. Отлично сработают два литиевых аккумулятора
  • При 12 Вольтах на Vin можно снять с пина 5V не более 500мА без риска перегрева стабилизатора.

Питание в пин Vin возможно только в том случае, если в Ардуино проекте (имеется в виду плата Ардуино и железки, подключенные к 5V и GND) не используются мощные потребители тока, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, моторчики и прочее. Что можно: датчики, сенсоры, дисплеи, модули реле (не более 3 одновременно в активном состоянии), одиночные светодиоды, органы управления. Для проектов с мощной 5 Вольтовой нагрузкой для нас есть только третий способ.

Кнопка ардуино

Кнопка (или кнопочный переключатель) – самый простой и доступный из всех видов датчиков. Нажав на нее, вы подаете контроллеру сигнал, который затем приводит к каким-то действиям: включаются светодиоды, издаются звуки, запускаются моторы. В своей жизни мы часто встречаемся с разными выключателями и хорошо знакомы с этим устройством.

Тактовые кнопки и кнопки-переключатели

Как обычно, начинаем раздел с простых вещей, интересных только начинающим. Если вы владеете азами и хотите узнать о различных вариантах подключения кнопки к ардуино – можете пропустить этот параграф.

Что такое кнопка? По сути, это достаточно простое устройство, замыкающее и размыкающее электрическую сеть. Выполнять это замыкание/размыкание можно в разных режимах, при этому фиксировать или не фиксировать свое положение. Соответственно, все кнопки можно поделить на две большие группы:

  • Кнопки переключатели с фиксацией. Они возвращаются в исходное состояние после того, как их отпустили. При в зависимости от начального состояния разделяют на нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые кнопки.
  • Кнопки без фиксации (тактовые кнопки). Они фиксируются и остаются в том положении, в котором их оставили.

Вариантов различных кнопок великое множество, это действительно один из самых распространенных видов электронных компонентов.

Кнопки ардуино для простых проектов

В наших проектах мы будем работать с очень простыми тактовыми кнопками с 4 ножками, которые идут практически в любом наборе ардуино. Кнопка представляет собой переключатель с двумя парами контактов. Контакты в одной паре соединены между собой, поэтому больше одного выключателя в схеме реализовать не удастся, но вы можете одновременно управлять двумя параллельными сегментами, это бывает полезно.

В зависимости от ситуации, вы можете создавать как схемы с нормально замкнутыми, так и с нормально разомкнутыми контактами – для этого нужно будет только соответствующим образом выполнить соединение в схеме.

Для удобства работы в комплекте с тактовой кнопкой обычно идет пластмассовый колпачок какого-то цвета, он достаточно очевидно надевается на кнопку и придает проекту менее хакерский вид.

Дребезг кнопки ардуино

В процессе работы с кнопками мы можем столкнуться с очень неприятным явлением, называемым дребезгом кнопки. Как следует из самого названия, явление это обуславливается дребезгом контактов внутри кнопочного переключателя. Металлические пластины соприкасаются друг с другом не мгновенно (хоть и очень быстро для наших глаз), поэтому на короткое время в зоне контакта возникают скачки и провалы напряжения. Если мы не предусмотрим появление таких “мусорных” сигналов, то будем реагировать на них каждый раз и можем привести наш проект к хаусу.

Для устранения дребезга используют программные и аппаратные решения. В двух словах лишь упомянем основные методы подавления дребезга:

  • Добавляем в скетче паузу 10-50 миллисекунд между полкучением значений с пина ардуино.
  • Если мы используем прерывания, то программный метд использоваться не может и мы формируем аппаратную защиту. Простейшая из них – RC фильтр с конденсатором и сопротивлением.
  • Для более точного подавления дребезга используется аппаратный фильтр с использованием триггера шмидта. Этот вариант позволит получить на входе в ардуино сигнал практически идеальной формы.

Более подробную информацию о способах борьбы с дребезгом вы можете найти в этой статье об устранении дребезга кнопок.

Работа с тактовыми кнопками на Ардуино

Главная проблема использования кнопок для управления Arduino заключается в «дребезге контактов». Дело в том, что механические контакты в тактовых кнопках никогда не замыкаются и размыкаются мгновенно. В течении нескольких миллисекунд происходит многократное замыкание и размыкание контактов — в итоге на микроконтроллер поступает не единичный сигнал, а серия импульсов.


Подключение кнопки к Ардуино и дребезг

Для того, чтобы исключить на микроконтроллере Arduino дребезг кнопки используют различные электрические схемы с триггерами и конденсаторами. Но намного удобнее и проще использовать программный способ борьбы с возможным дребезгом тактовой кнопки — для этого применяют задержку на несколько миллисекунд или используют библиотеку Bounce2.h для борьбы с дребезгом контактов для Arduino.

Аналоговые, цифровые и шим пины Ардуино

Все пины можно разделить на несколько видов, различие будет только в количестве данных выводов на различных платах. Например, на Arduino Mega 2560 цифровых и аналоговых портов, значительно больше, чем на Uno или Nano из-за большего размера платы и производительности микроконтроллера. В остальном характеристики и способы программирования пинов не отличаются друг от друга.

  1. Power Pins — порты питания, режим их работы нельзя запрограммировать или изменить. Они выдают стабилизированное напряжение 5V или 3,3V, Vin выдает напряжение от источника питания, а GND — это заземление (общий минус);
  2. PWM Pins — порты с ШИМ модуляцией, которые можно запрограммировать, как цифровой выход/вход. Данные порты обозначены на плате знаком тильда (˜);
  3. Analog In — порты, принимающие аналоговый сигнал от датчиков, работают на вход. Данные порты тоже можно запрограммировать, как цифровой вход/выход. Данные пины не поддерживают ШИМ модуляцию.

Режим пинов назначается в процедуре void setup с помощью pinMode(), например:

void setup() {
    pinMode(10, OUTPUT); // объявляем пин 10 как выход
    pinMode(A2, OUTPUT); // объявляем пин A2 как выход

    pinMode(12, INPUT); // объявляем пин 12 как вход
    pinMode(A1, INPUT); // объявляем пин A1 как вход
}

Пояснения к коду:

  1. к выходу 10 и A2 можно подключить светодиод, который будет включаться и выключаться при вызове команды в программе;
  2. пин 10 может использоваться для ШИМ сигнала, например, чтобы плавно включить светодиод, а пин A2 может выдавать только цифровой сигнал (0 или 1);
  3. к входу 12 и A1 можно подключить цифровой датчик и микроконтроллер будет проверять наличие сигнала на этих пинах (логический нуль или единицу);
  4. к входу A1 можно подключить аналоговый датчик тогда микроконтроллер будет получать не только сигнал но и узнавать характеристику сигнала.

Мы не случайно разделили пины с ШИМ модуляцией (PWM Pins) и аналоговые. PWM пины создают аналоговый сигнал, к ним подключают сервопривод, шаговый двигатель и другие устройства, где требуется подавать сигнал с разными характеристиками. Аналоговые пины (Analog In) используются для подключения аналоговых датчиков, с них входящий сигнал преобразуется в цифровой с помощью встроенного АЦП.

Ардуино Uno пины: шим, аналоговые, цифровые

Arduino UNO распиновка платы на русском

ШИМ (PWM) порты
(Analog Out)
3, 5, 6, 9, 10, 11
Аналоговые порты
(Analog In)
A0, A1, A2, A3, A4, A5
на некоторых платах: A6, A7
Цифровые порты
(Digital In/Out)
все порты со 2 по 13 пин
можно использовать: A0 — A7

Из таблицы видно, какие пины на Arduino UNO поддерживают шим. Аналоговые пины (Analog In) используют, как цифровые если недостаточно портов общего назначения, например, вы хотите подключить к плате 15 светодиодов. Кроме того, на плате Arduino Uno и Nano порты A4 и A5 используются для I2C протокола (SDA и SCL пины) — они работают параллельно с пинами A4 и A5. Об этом мы расскажем чуть позже.

Ардуино Nano пины: шим, аналоговые, цифровые

Arduino Nano распиновка платы на русском

ШИМ (PWM) порты
(Analog Out)
3, 5, 6, 9, 10, 11
Аналоговые порты
(Analog In)
A0, A1, A2, A3, A4, A5
на некоторых платах: A6, A7
Цифровые порты
(Digital In/Out)
все порты со 2 по 13 пин
можно использовать: A0 — A7

Если вы заметили, то пины на Arduino Nano и Uno имеют одинаковое количество и назначение. Платы отличаются лишь своими габаритами. Nano — более компактная и удобная плата, для экономии места на нее не ставят разъем питания, для этого используются пины Vin и GND на которое подается питание от источника.

Ардуино Mega пины: шим, аналоговые, цифровые

Схема распиновки платы Arduino Mega 2560 r3

ШИМ (PWM) порты
(Analog Out)
все порты со 2 по 13 пин
дополнительно: 44, 45, 46 пин
Аналоговые порты
(Analog In)
с A0 до A15
Цифровые порты
(Digital In/Out)
все порты со 2 по 13, со 22 по 52 пин
можно использовать: A0 — A15

Пины коммуникации нежелательно использовать, как обычные цифровые порты. Особенно при таком количестве портов общего назначения, как на Mega 2560. Более подробную информацию о рассмотренных платах, а также о других микроконтроллерах семейства Arduino (Pro Mini, Leonardo, Due и пр.): характеристики, описание пинов, габариты и т.д. можно узнать в разделе Микроконтроллеры на нашем сайте.

Особенности библиотеки

Библиотека содержит в себе несколько наборов инструментов:

  • GyverBus.h – базовый набор инструментов для работы с протоколом GBUS: функции для упаковки, распаковки и проверки байтовых массивов для передачи и приёма данных. Функции можно использовать отдельно от всего остального для упаковки-распаковки и проверки данных для передачи по любому интерфейсу связи, просто передавая любые данные как байтовый массив.
  • GBUS.h – класс GBUS, который позволяет удобно общаться по протоколу GBUS через любой “Serial”. В отличие от родных инструментов класса Stream не блокирует выполнение кода на приём и отправку, что очень критично на невысоких скоростях.
  • softUART.h – однопроводной UART, работающий на приём и отправку, не блокирующий выполнение кода. Может использоваться для библиотеки GBUS, так как наследует класс Stream.
  • GBUSmini.h – набор отдельных функций для общения по GBUS. Все функции блокируют выполнение кода на время приёма/отправки (сделаны на базе ), но реализованы максимально легко и позволяют работать с шиной даже на ATtiny13. Для работы нужно подключить библиотеку и просто использовать нужные функции из доступных.

Важные страницы

  • Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
  • Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
  • Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макро, все доступные типы данных
  • Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
  • Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
  • Поддержать автора за работу над уроками
  • Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту (alex@alexgyver.ru)

Питание “мощных” схем

Резюмируя и повторяя всё сказанное выше, рассмотрим варианты питания проектов с большим потреблением тока.

Питать мощный проект (светодиоды, двигатели, нагреватели) от 5V можно так: Arduino и потребитель питаются вместе от 5V источника питания:

Питать мощный потребитель от USB через плату нельзя, там стоит диод, да и дорожки питания тонкие:

Что делать, если всё-таки хочется питать проект от USB, например от powerbank’а? Это ведь удобно! Всё очень просто:

Если есть только блок питания на 12V, то у меня плохие новости: встроенный стабилизатор на плате не вытянет больше 500 мА:

Но если мы хотим питать именно 12V нагрузку, то проблем никаких нет: сама плата Arduino потребляет около 20 мА, и спокойно будет работать от бортового стабилизатора:

Помехи и защита от них

Если в одной цепи питания с Ардуино стоят мощные потребители, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, модули реле и прочее, на линии питания могут возникать помехи, приводящие к сильным шумам измерений с АЦП, а более мощные помехи могут дергать прерывания и даже менять состояния пинов, нарушая связь по различным интерфейсам связи и внося ошибки в показания датчиков, выводя чушь на дисплеи, а иногда дело может доходить до перезагрузки контроллера или его зависания. Некоторые модули также могут зависать, перезагружаться и сбоить при плохом питании, например bluetooth модуль спокойно может зависнуть и висеть до полной перезагрузки системы, а радиомодули rf24 вообще не будут работать при “шумном” питании.

Более того, помеха может прийти откуда не ждали – по воздуху, например от электродвигателя, индуктивный выброс ловится проводами и делает с системой всякое. Что же делать? “Большие дяди” в реальных промышленных устройствах делают очень много для защиты от помех, этому посвящены целые книги и диссертации. Мы с вами рассмотрим самое простое, что можно сделать дома на коленке.

  • Питать логическую часть (Ардуино, слаботочные датчики и модули) от отдельного малошумящего блока питания 5V, то есть разделить питание логической и силовой частей, а ещё лучше питаться в пин Vin от блока питания на 7-12V, так как линейный стабилизатор даёт очень хорошее ровное напряжение. Для корректной работы устройств, питающихся отдельно (драйверы моторов, приводы) нужно соединить земли Ардуино и всех внешних устройств;
  • Поставить конденсаторы по питанию платы, максимально близко к пинам 5V и GND: электролит 6.3V 100-470 uF (мкФ, ёмкость зависит от качества питания: при сильных просадках напряжения ставить ёмкость больше, при небольших помехах хватит и 10-47 мкФ) и керамический на 0.1-1 uF. Это сгладит помехи даже от сервоприводов;
  • У “выносных” на проводах элементах системы (кнопки, крутилки, датчики) скручивать провода в косичку, преимущественно с землёй. А ещё лучше использовать экранированные провода, экран естественно будет GND. Таким образом защищаемся от электромагнитных наводок;
  • Соединять все земли одним толстым проводом и по возможности заземлять на центральное заземление;
  • Металлический и заземленный корпус устройства (или просто обернутый фольгой ), на который заземлены все компоненты схемы – залог полного отсутствия помех и наводок по воздуху.

Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше:

Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.

Индуктивные выбросы

На практике самая подлая помеха обычно приходит при коммутации индуктивной нагрузки при помощи электромагнитного реле: от такой помехи очень сложно защититься, потому что приходит она по земле, то есть вас не спасёт даже раздельное питание проекта. Что делать?

  • Для цепей постоянного тока обязательно ставить мощный диод обратно-параллельно нагрузке, максимально близко к клеммам реле. Диод примет (замкнёт) на себя индуктивный выброс от мотора/катушки;
  • Туда же, на клеммы реле, можно поставить RC цепочку, называемую в этом случае искрогасящей: резистор 39 Ом 0.5 Вт, конденсатор 0.1 мкФ 400V (для цепи 220В);
  • Для сетей переменного тока использовать твердотельное (SSR) реле с детектором нуля (Zero-cross detector), они же называются “бесшумные” реле. Если в цепи переменного тока вместо реле стоит симистор с оптопарой, то оптопару нужно использовать опять же с детектором нуля, такая оптопара, как и SSR zero-cross будут отключать нагрузку в тот момент, когда напряжение в сети переходит через ноль, это максимально уменьшает все выбросы.

Подробнее об искрогасящих цепях можно почитать вот в этой методичке.

GPIO

Начнем с пинов, которых больше всего, это GPIO, с англ. General Purpose Input-Output, входы-выходы общего назначения, на плате они подписаны как D0–D13 и A0–A5. По картинке распиновки они называются PD*, PB* и PC*, (вместо звёздочки – цифра) отмечены тёмно-бежевым цветом. Почему “официально” они называются PD/PB/PC? Потому что пины объединены в пОрты по несколько штук (не более 8), на примере Нано есть три порта: D, B и C, соответственно пины так и подписаны: PD3 – Port D 3 – третий выход порта D. Это цифровые пины, способные выдавать логический сигнал (0 или VCC) и считывать такой же логический сигнал. VCC это напряжение питания микроконтроллера, при обычном использовании обычной платы Ардуино это 5 Вольт, соответственно это 5 вольтовая логика: 0V – сигнал низкого уровня (LOW), 5V – высокого уровня (HIGH). Напряжение питания микроконтроллера играет очень большую роль, об этом мы ещё поговорим. GPIO имеют несколько режимов работы: вход (INPUT), выход (OUTPUT) и вход с подтяжкой к питанию встроенным в МК резистором на 20 кОм (INPUT_PULLUP). Подробнее о режимах поговорим в отдельном уроке.

Все GPIO пины в режиме входа могут принять сигнал с напряжением от 0 до 5 вольт (на самом деле до 5.5 вольт, согласно даташиту на микроконтроллер). Отрицательное напряжение или напряжение, превышающее 5.5 Вольт приведёт к выходу пина или даже самого МК из строя. Напряжение 0-2.5 вольта считается низким уровнем (LOW), 2.5-5.5 – высоким уровнем (HIGH). Если GPIO никуда не подключен, т.е. “висит в воздухе”, он принимает случайное напряжение, возникающее из за наводок от сети (провода 220в в стенах) и электромагнитных волн на разных частотах, которыми пронизан современный мир.

GPIO в режиме выхода (OUTPUT) являются транзисторными выходами микроконтроллера и могут выдать напряжение 0 или VCC (напряжение питания МК). Стоит отметить, что микроконтроллер – логическое, а не силовое устройство, его выходы рассчитаны на подачу сигналов другим железкам, а не на прямое их питание. Максимальный ток, который можно снять с GPIO выхода ардуино – 40 мА. Если попытаться снять больше – пин выйдет из строя (выгорит выходной транзистор и всё). Что такое 40 мА? Обычный 5мм одноцветный светодиод потребляет 20 мА, и это практически единственное, что можно питать напрямую от Ардуино. Также не стоит забывать о максимальном токе со всех пинов, он ограничен 200 мА, то есть не более 10 светодиодов можно запитать от платы на полную яркость…

Подключение кнопки в режиме INPUT_PULLUP

В указанной выше схеме мы использовали резистор, называемый подтягивающим, для формирования определенного уровня сигнала на цифровом порту. Но есть другой способ подключить кнопку без резистора, используя внутренне сопротивление платы ардуино. В блоке setup мы должны всего лишь определить тип пина, к которому подключим кнопку, как INPUT_PULLUP.

Альтернативным вариантом будет выбрать режим пина как OUTPUT и установить на данный порт высокий уровень сигнала. Встроенный подтягивающий резистор подключиться автоматически.

И все. Можно собрать вот такую сложную схему и работать с кнопкой в скетче.

Главный Глупый Вопрос

У новичков в электронике, которые не знают закон Ома, очень часто возникают вопросы вида: “а каким током можно питать Ардуино“, “какой ток можно подать на Ардуино“, “не сгорит ли моя Ардуина от от блока питания 12V 10A“, “сколько Ампер можно подавать на Arduino” и прочую чушь. Запомните: вы не можете подать Амперы, вы можете подать только Вольты, а устройство возьмёт столько Ампер, сколько ему нужно. В случае с Arduino – голая плата возьмёт 20-22 мА, хоть от пина 5V, хоть от Vin. Ток, который указан на блоке питания, это максимальный ток, который БП может отдать без повреждения/перегрева/просадки напряжения. Беспокоиться стоит не об Arduino, а об остальном железе, которое стоит в схеме и питается от блока питания, а также о самом блоке питания, который может не вывезти вашу нагрузку (мотор, светодиоды, обогреватель). Общий ток потребления компонентов не должен превышать возможностей источника питания, вот в чём дело. А будь блок питания хоть на 200 Ампер – компоненты возьмут ровно столько, сколько им нужно, и у вас останется “запас по току” для подключения других. Если устройство питается напряжением, то запомните про максимальный ток источника питания очень простую мысль: кашу маслом не испортишь.

Подключение кнопки в режиме INPUT_PULLUP

В указанной выше схеме мы использовали резистор, называемый подтягивающим, для формирования определенного уровня сигнала на цифровом порту. Но есть другой способ подключить кнопку без резистора, используя внутренне сопротивление платы ардуино. В блоке setup мы должны всего лишь определить тип пина, к которому подключим кнопку, как INPUT_PULLUP.

Альтернативным вариантом будет выбрать режим пина как OUTPUT и установить на данный порт высокий уровень сигнала. Встроенный подтягивающий резистор подключиться автоматически.

И все. Можно собрать вот такую сложную схему и работать с кнопкой в скетче.

Заключение

Заключение. ШИМ в дисплеях — что это, добро или зло?

Использование ШИМ производителями понять можно. Упрощение схемотехники, энергоэффективность, меньшая себестоимость… Проблема в том, что в данном случае воздействие производится на одну из самых уязвимых частей человеческого организма – глаза. Учитывая, что все больше и больше времени мы проводим перед экраном, очень хотелось бы, чтобы дисплеи были как можно менее вредными.

К счастью, производители ничего не имеют против того, чтобы предлагать экраны, в которых ШИМ либо отсутствует в принципе, либо работает на высоких частотах порядка десятков, а то и сотен килогерц. Беда в том, что наличие или отсутствие мерцания далеко не всегда указывается.

Если в случае с обычными мониторами сейчас можно встретить маркировку «Flicker-Free», то, когда речь заходит о ноутбуках, что за матрица стоит и в каком режиме она работает – загадка для посвященных. Узнать это можно только из обзоров или проведя самостоятельно примитивный тест на определение наличия ШИМ («карандашный» тест или при помощи обычного бытового вентилятора).

Я стараюсь сводить в таблицу информацию о ноутбуках с хорошими экранами, где помимо прочего еще указывается наличие ШИМ для управления яркостью. Выбирая ноутбук, все же не забывайте про глаза, и при возможности отдавайте предпочтение моделям, в которых отсутствует мерцание, благо их становится все больше и больше.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий