Как сделать таймер на ардуино

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Урок 11. Программные таймеры в Ардуино. Циклы с различными временами периода от одного таймера.

ArduinoUnoR3 9551

Научимся создавать программные таймеры в параллельных процессах. Напишем учебную программу для охранной сигнализации.

В предыдущем уроке на примере программы контроллера холодильника я говорил, что в реальных программах для микроконтроллеров приходится обрабатывать одновременно несколько задач в циклах с разными временами периодов.

Как создавать программные таймеры для таких циклов. В принципе, также как и аппаратные.

Вот пример программы с тремя программными таймерами на 10, 200 и 1000 мс.

#define CYCLE_1_TIME 5 // время цикла 1 ( * 2 = 10 мс)
#define CYCLE_2_TIME 100 // время цикла 2 ( * 2 = 200 мс)
#define CYCLE_3_TIME 500 // время цикла 3 ( * 2 = 1 сек)

byte timerCount1; // счетчик таймера 1
byte timerCount2; // счетчик таймера 2
boolean flagTimer2; // признак программного таймера 2
unsigned int timerCount3; // счетчик таймера 3

// программный таймер 1, период 10 мс
// счетчик таймера контролируется в асинхронном цикле
if ( timerCount1 >= CYCLE_1_TIME ) <
timerCount1= 0;
// код программы вызывается каждые 10 мс
>

// программный таймер 2, период 200 мс
// счетчик таймера контролируется в обработчике прерывания
if ( flagTimer2 == true ) <
flagTimer2= false;
// код программы вызывается каждые 200 мс
>

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterupt() <

timerCount1++; // + 1 к счетчику таймера 1

timerCount2++; // + 1 к счетчику таймера 2
if ( timerCount2 >= CYCLE_2_TIME ) <
timerCount2= 0; // сброс счетчика
flagTimer2= true; // установка флага таймера 2
>

// программный таймер 3, период 1000 мс
// счетчик таймера контролируется в обработчике прерывания
// выполняется также в цикле прерывания
timerCount3++; // + 1 к счетчику таймера 3
if ( timerCount3 >= CYCLE_3_TIME ) <
timerCount3= 0; // сброс счетчика
// код программы вызывается каждые 1000 мс
>
>

Для всех трех таймеров созданы свои счетчики. Ко всем счетчикам в обработчике прерывания каждые 2 мс прибавляется 1.

Счетчик таймера 1 проверяется в асинхронном цикле loop(). Когда его код достигает значения равного константе CYCLE_1_TIME, он сбрасывается и выполняется код программы для этого цикла.

Счетчик второго таймера проверяется в обработчике прерывания. При достижении кода сброса он сбрасывается и вырабатывается признак flagTimer2. Этот признак анализируется в асинхронном цикле и, при его активном состоянии выполняется код для цикла 2 с периодом 200 мс.

Разница у этих способов заключается в том, что при контроле счетчика в асинхронном цикле его состояние должно проверятся не реже времени периода прерывания. Если, к примеру, в асинхронном цикле программа задержится на 10 мс, то за это время счетчик timerCount1 насчитает лишние 5 единиц и будет сброшен при большем значении. Таким образом, время цикла нарушится. Во втором случае счетчик таймера 2 будет сброшен в обработчике прерывания вовремя. При задержке в асинхронном цикле задержится реакция на программный таймер 2, но период самого цикла не нарушится.

Счетчик третьего таймера контролируется в обработчике прерывания и там же выполняется код программы для этого таймера.

Могут быть разные варианты реализации циклов с разными периодами. Бывают еще программные таймеры синхронизированные друг от друга или от общего таймера. Какой способ применять надо решать в конкретной задаче.

Программа для упрощенной охранной сигнализации.

Давайте напишем реальную программу для охранной сигнализации. Это упрощенный вариант моей разработки на PIC контроллере. В будущем мы доведем эту сигнализацию до полного аналога этой разработки на Ардуино, а затем усложним, добавив GSM управление и оповещение, увеличим число датчиков, исполнительных устройств.

К плате Ардуино подключены следующие компоненты сигнализации:

Схема подключения этих элементов к плате Ардуино.

Lesson11 Scheme

У меня макет устройства выглядит так.

Lesson11 Pict

Алгоритм работы устройства.

Не знаю, насколько такая сигнализация может быть использована на практике, но для учебной программы вполне функциональная задача.

Последовательность разработки программы.

В программе много комментариев, все должно быть понятно. Я больше внимания уделю логической последовательности разработки программы.

// упрощенная охранная сигнализация

#define DOOR_SENS_PIN 12 // датчик двери подключен к выводу 12
#define SECRET_BUTTON_PIN 11 // скрытая кнопка подключена к выводу 11
#define LED_PIN 10 // светодиод подключен к выводу 10
#define SIREN_PIN 9 // сирена подключена к выводу 9

Button doorSens(DOOR_SENS_PIN, 50); // создание объекта датчик двери, типа кнопка
Button secretButton(SECRET_BUTTON_PIN, 25); // создание объекта скрытая кнопка, типа кнопка

void setup() <
pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // определяем вывод светодиода как выход
pinMode(SIREN_PIN, OUTPUT); // определяем вывод сирены как выход
MsTimer2::set(2, timerInterupt); // задаем период прерывания по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешаем прерывание по таймеру
>

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterupt() <

doorSens.filterAvarage(); // вызов метода фильтрации сигнала для датчика двери
secretButton.filterAvarage(); // вызов метода фильтрации сигнала для скрытой кнопки

Теперь у нас в программе есть все компоненты системы. На этом этапе можно проверить аппаратную часть устройства. Для этого надо временно сделать в цикле loop() простую логическую связь между кнопками, светодиодом и сиреной. И убедится, что на открытие двери или нажатие кнопки реагирует светодиод. Мы так делали в предыдущих уроках.

Если не проверяем аппаратную часть, то, по крайней мере, компилируем программу для проверки на формальные ошибки.

Сирена у нас это пьезоэлектрический излучатель. Для того, чтобы он издавал звук тревоги надо сформировать на нем сигнал переменной формы. Сделаем программный блок для формирования этого сигнала. Будем просто инвертировать состояние соответствующего вывода в самом быстром цикле – обработчике прерывания. Для включения и выключения сирены создадим признак.

boolean sirenOn; // признак включения сирены

В обработчике прерывания напишем:

Для проверки можно вставить в loop()

sirenOn= secretButton.flagPress; // проверка сирены

При нажатии скрытой кнопки сирена (пьезоизлучатель) будет издавать тревожный сигнал. Не забудьте удалить после проверки.

Структура программы.

Задумываемся о структуре и режимах программы. Самая простая и логичная структура следующая. В асинхронном цикле выделены блоки – режимы. В каждом блоке программа работает по циклу, а на другие блоки (режимы) переходит при определенных условиях с помощью оператора goto. Логически можно выделить следующие режимы работы устройства:

Давайте создадим такие программные блоки, каждый с бесконечным циклом и меткой вначале для перехода.

Считается, что применение оператора goto надо ограничивать. Но в случаях, когда этот оператор упрощает понимание логики программы, облегчает ее читаемость, применение goto признано оправданным. У нас как раз тот случай. Ведь по логике может быть переход в любой блок из любого. Операторами break, continue и т.п. такие переходы не обеспечить.

Заполняем кодом каждый блок-режим.

Для блока ОТКЛЮЧЕНА:

digitalWrite(LED_PIN, LOW); // светодиод не горит
sirenOn= false; // сирена не звучит

// если нажали кнопку, переход на режим ОХРАНА
if ( secretButton.flagClick == true ) <
secretButton.flagClick= false;
goto guard_on;
>
>

Можно попробовать загрузить в плату. Светодиод не светится, сирена не звучит.

#define TIME_LED_PERIOD 500 // время периода мигания светодиода (* 2 мс)
#define TIME_LED_ON 100 // время включенного светодиода

unsigned int ledTimeCount; // счетчик времени для светодиода

sirenOn= false; // сирена не звучит
alarmTimeCount= 0; // сброс счетчика времени тревоги

// светодиод мигает раз в секунду
if ( ledTimeCount >= TIME_LED_PERIOD ) ledTimeCount= 0;
if ( ledTimeCount
else digitalWrite(LED_PIN, LOW);

// если нажали кнопку, переход на режим ОТКЛЮЧЕНА
if ( secretButton.flagClick == true ) <
secretButton.flagClick= false;
goto guard_off;
>

// если сработал датчик двери, переход на режим ТРЕВОГА
if ( doorSens.flagPress == true ) goto alarm;

>

ledTimeCount++; // счетчик времени мигания светодиода
>

Загружаем в плату Ардуино. Проверяем, что нажатие кнопки переводит устройство в режим ОХРАНА (мигает светодиод). Следующее нажатие кнопки возвращает в режим ОТКЛЮЧЕНА (светодиод погашен).

Остается заполнить блок режима ТРЕВОГА:

Все. Программа готова. Итоговый скетч:

// упрощенная охранная сигнализация

#define DOOR_SENS_PIN 12 // датчик двери подключен к выводу 12
#define SECRET_BUTTON_PIN 11 // скрытая кнопка подключена к выводу 11
#define LED_PIN 10 // светодиод подключен к выводу 10
#define SIREN_PIN 9 // сирена подключена к выводу 9

#define TIME_LED_PERIOD 500 // время периода мигания светодиода (* 2 мс)
#define TIME_LED_ON 100 // время включенного светодиода
#define TIME_LED_ALARM 62 // время периода мигания светодиода при ТРЕВОГЕ (* 2 мс)
#define TIME_ALARM 15000 // время в режиме ТРЕВОГА (* 2 мс)

Button doorSens(DOOR_SENS_PIN, 50); // создание объекта датчик двери, типа кнопка
Button secretButton(SECRET_BUTTON_PIN, 25); // создание объекта скрытая кнопка, типа кнопка

boolean sirenOn; // признак включения сирены
unsigned int ledTimeCount; // счетчик времени для светодиода
unsigned int alarmTimeCount; // счетчик времени тревоги

void setup() <
pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // определяем вывод светодиода как выход
pinMode(SIREN_PIN, OUTPUT); // определяем вывод сирены как выход
MsTimer2::set(2, timerInterupt); // задаем период прерывания по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешаем прерывание по таймеру
>

digitalWrite(LED_PIN, LOW); // светодиод не горит
sirenOn= false; // сирена не звучит

// если нажали кнопку, переход на режим ОХРАНА
if ( secretButton.flagClick == true ) <
secretButton.flagClick= false;
goto guard_on;
>
>

sirenOn= false; // сирена не звучит
alarmTimeCount= 0; // сброс счетчика времени тревоги

// светодиод мигает раз в секунду
if ( ledTimeCount >= TIME_LED_PERIOD ) ledTimeCount= 0;
if ( ledTimeCount
else digitalWrite(LED_PIN, LOW);

// если нажали кнопку, переход на режим ОТКЛЮЧЕНА
if ( secretButton.flagClick == true ) <
secretButton.flagClick= false;
goto guard_off;
>

// если сработал датчик двери, переход на режим ТРЕВОГА
if ( doorSens.flagPress == true ) goto alarm;

>

sirenOn= true; // звучит сирена

// если нажали кнопку, переход на режим ОТКЛЮЧЕНА
if ( secretButton.flagClick == true ) <
secretButton.flagClick= false;
goto guard_off;
>

// проверка времени тревоги ( 30 сек )
if ( alarmTimeCount >= TIME_ALARM ) goto guard_off;

>
>

doorSens.filterAvarage(); // вызов метода фильтрации сигнала для датчика двери
secretButton.filterAvarage(); // вызов метода фильтрации сигнала для скрытой кнопки

ledTimeCount++; // счетчик времени мигания светодиода
alarmTimeCount++; // счетчик времени тревоги

>

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Загружаем в плату, проверяем. Открывание двери имитируем нажатием первой кнопки. Все работает.

Чтобы устройство могло работать в реальных условиях, желательно доработать электрическую схему, как это сделано по этой ссылке. Но лучше подождите, через несколько уроков напишем программу, полностью выполняющую функции прототипа. А позже добавим GSM оповещение и телемеханику.

Следующий урок будет посвящен передаче данных по последовательному интерфейсу UART и отладке программ на Ардуино.

Coin

Автор публикации

Эдуард

62 комментария на « Урок 11. Программные таймеры в Ардуино. Циклы с различными временами периода от одного таймера. »

Эдуард, приветствую,
Я сделал «учебную» сигнализацию по материалам вашего урока. Но т.к. я стараюсь не просто повторять код методом вставки, а писать самостоятельно, как запомнил задачу, а потом сверяться с вашей реализацией и проправлять свою, то окончательному результату предшестувует отладка. И здесь во время этой отладки я налетел на неприятный глюк. Я начал с того, что попытался, используя ранее написанный класс «кнопка» сделать два блока-режима «online» и «offline», где, условно, если девайс в онлайне, то светодиод горит, а если в оффлайне — не горит. Далее решил усложнять по мере отладки.
Ранее написанная программа включения-выключения светодиода с классом-библиотекой работала прекрасно, а вот после разбиения на функциональные модули с «вечными» циклами в каждом, конструкция работать прекратила. Блоки выглядели так:
//————begin code-fragment———
offline:
while(true) <
if (button1.flagClick == HIGH) <
ledState=HIGH;
digitalWrite(LED_PIN,ledState);
button1.flagClick=LOW;
goto online;
>
>

online:
while(true) <
if (button1.flagClick == HIGH) <
ledState=LOW;
digitalWrite(LED_PIN,ledState);
button1.flagClick=LOW;
goto offline;
>
>
//—————end code-fragment————
Обработчик прерывания по таймеру исправно отрабатывал, флаг нажатия выставлялся, но почему-то не отлавливался в основной программе.
Я грешил на код основной программы, затем на класс, также хоть и по вашей указке, но написанный самостоятельно. После этого скачал вашу библиотеку, попробовал с ней — то же самое. После этого скачал и запустил ваш код сигнализации, который заработал и с моим и с вашим классом. В итоге выяснилось, что если вставить перед проверкой флага нажатия хотя бы один оператор, неважно какой — я пробовал delay, Serial.print или прописывать дополнительно состояние светодиода, то и мой код тоже начинает работать. Т.е. вот версия, которая работает:
//—————begin code-fragment———————-

offline:
while(true) <
delay(1); //если вместо этого поставить строку ниже, а эту убрать, то тоже будет работать
//digitalWrite(LED_PIN,LOW);
if (button1.flagClick == HIGH) <
ledState=HIGH;
digitalWrite(LED_PIN,ledState);
button1.flagClick=LOW;
goto online;
>
>

online:
while(true) <
delay(1);
//digitalWrite(LED_PIN,HIGH);
if (button1.flagClick == HIGH) <
ledState=LOW;
digitalWrite(LED_PIN,ledState);
button1.flagClick=LOW;
goto offline;
>
>

В коде сигнализации до проверки условия нажатия тоже присутствуют какие-то действия, поэтому там такой проблемы, как была у меня изначально — нет.
Я попробовал воспроизвести эту ситуацию на двух версиях плат — Micro и Mega2560. Поведение было одинаковым. Вы случайно ни на что подобное не наступали? Как можно отловить причину такого поведения?

Прошу прощения за много букв, если сочтете лишним, не публикуйте этот коментарий, а ответьте лично в почту.

Денис, здравствуйте!
Я столкнулся с подобным эффектом, который объяснить не смог.
В прерывании по таймеру у меня взводился флаг, а в бесконечном цикле while() он анализировался. Программа никак на него не реагировала. Я убрал все классы, оставил самые примитивные операции, но результат остался прежним.
Далее я выяснил, что программа правильно реагировала на признак из обработчика прерывания только при выполнении цикла loop() до конца. Очевидно, что при каждом цикле loop происходит какая-то перегрузка переменных или что-то подобное. Интересно, что программ правильно работала с бесконечным циклом while() если в нем присутствовала любая системная функция, например digitalWrite(), delay(), да любая. Даже на разрешение прерывания interrupts(), проще и короче функции нет. Скорее всего, при вызове системных функций тоже происходит перегрузка переменных.
Советую поступить так. В принципе, использовать циклы wile() для ожидания не хорошо. Я применил их в одном из начальных уроков, чтобы было проще объяснять алгоритм программы. В реальных программах я так никогда не делаю. Правильнее структуру программы строить по принципу из урока 17.
if ( mode == 0 ) <
// СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА
>
else if ( mode == 1 ) <
// УСТАНОВКА НА СИГНАЛИЗАЦИЮ
>
else if ( mode == 2 ) <
// ОХРАНА
>
else if ( mode == 3 ) <
// БЛОКИРОВКА
>
else mode= 0;
В этом случае цикл loop() не задерживается, всегда выполняется. В нем также могут находиться общие для любого режима действия.
Рад, что Вы затронули эту тему. Если не согласны напишите.

Источник

Микросхема простого электронного таймера времени на Ардуино своими руками

Всем привет! Собрав таймер на Ардуино из этой инструкции, вы сможете контролировать включение и выключение ваших устройств в нужное вам время. Это могут быть ночные фонари, система орошения сада и т.д. Мы воспользуемся Ардуино, дисплеем и RTC 1307, отображающим и управляющим временем. Вы можете задать часы «ВКЛ» и «ВЫКЛ» при помощи 4 кнопок, что позволит вам изменять настройки микросхемы таймера.

F5RPTR9IRC5S820.LARGE

Также вы научитесь создавать часы, базирующиеся на Ардуино. Я приложил схему из fritzing и видео, так что вы без проблем соберёте данное устройство.

Сначала посмотрите видео, чтобы понять, о чем идет речь, используйте его как руководство.

Шаг 1: Материалы

FM5WE50IRC71W8D.LARGE FVQ9WLMIRC71W9U.LARGE

Шаг 2: Устанавливаем часы

FV9N3ROIR9EBXVZ.LARGE

Следуйте схеме из Fritzing.

Соедините 5V и GND с Ардуино с соответствующими контактами (Красный – 5V, синий – земля)

Шаг 3: Устанавливаем время

Пришло время настроить часы. Запустите код «Set time RTC». Этот скетч возьмёт данные о дате и времени из вашего компьютера прямо во время компиляции кода и использует их для программирования RTC. Если у вас на компьютере неправильные установки, то поправьте их перед запуском программы. Затем нажмите кнопку Upload, чтобы немедленно загрузить откомпилированный код.

Внимание: Если вы скомпилируете код, а загрузите его позже, то данные о времени устареют.

Далее откройте окно Serial Monitor, чтобы увидеть, что время было установлено.

Шаг 4: Часы

FZB33R0IRC5S7E4.LARGE

После того, как установите время, откройте и загрузите скетч «Clock with RTC LCD». Потенциометр в схеме нужен для настройки контрастности дисплея, покрутите его, чтобы чётко видеть символы.

Шаг 5: Устанавливаем таймер

FET02R1IR9EC4UV.LARGE

Теперь мы добавим кнопки и реле. Опять же, следуйте схеме Fritzing.

Пины 8,9, 10 и 11 соединены с GND через резисторы 10K. Когда вы нажмете на кнопку, то на контакты пойдёт напряжение 5V.

Реле соединяется с пином 12. С помощью него можно управлять вашими устройствами, но будьте осторожны с максимальной нагрузкой на реле!

Шаг 6: Таймер

FVKWVR0IRC5S7J5.LARGE

Откройте и загрузите код «Timer with on off set point». Нажимайте кнопки, чтобы сместить время назад или вперёд. Если электронный таймер будет в пределах настроенного интервала, то он начнет работать сразу же. Если же он не попадает в нужный интервал, то будет ждать час «ВКЛ».

Этот код имеет интересные функции, которые можно использовать в других проектах. Я постарался отделить каждую функцию, чтобы всё было максимально понятным.

Весь код написан мной, кроме настройки времени на RTC и дата-логгера Adafruit. Надеюсь, эта инструкция как собрать простой таймер своими руками была для вас полезна!

1

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Источник