Sygnały cyfrowe – czujka ruchu PIR

Prosta w obsłudze czujka ruchu. Trzy piny  – zasilanie, masa oraz wyjście. W przypadku wykrycia ruchu wyjście jest w stanie wysokim (5V) przez chwilę (można sterować tym czasem),  a gdy ruchu brak – wyjście przechodzi w stan niski (0V). Aby to odczytać przy pomocy Arduino poznaliśmy dwie nowe rzeczy:

• pinMode(7, INPUT) – czyli właśnie informujemy Arduino, że będziemy odczytywać wartość napięcia na konkretnym pinie (w tym przypadku: pinie numer 7),
• digitalRead(7) – funkcja odczytująca napięcie i zwracająca wartość 1 (jedynka) gdy napięcie jest wysokie (2.4 – 5V) oraz 0 (zero) gdy napięcie jest niskie (0 – 0.8V).

Warto pamiętać, że Arduino UNO ma 14 pinów cyfrowych, a inne modele – patrz specyfikacja (kupując płytkę dla siebie weź to pod uwagę).

Sygnały analogowe

Czyli czytanie napięcia z przedziału od zera do 5V z rozdzielczością 10 bitów – a więc 1024 poziomów napięć (bo 2 do potęgi 10-tej to właśnie 1024). Nasze płytki są już lekko zdezelowane i wcale na wyjściu pinu 5V z Arduino nie mamy 5V a np. 4.57V, dlatego warto to mieć na uwadze czytając konkretną wartość napięcia. Poznaliśmy:

• wejścia analogowe: A0, A1, A2, …, A5 (6 sztuk w UNO)
• analogRead(A0)  – funkcja odczytująca napięcie i zwracająca wartości od 0..1023 w zależności od napięcia na wejściu A0.
• wejście AREF na płytce Arduino do podawania napięcia referencyjnego z przedziału 0..5V oraz funckję analogReference(EXTERNAL) uruchamiającą tę funkcję. Dzięki temu można wykorzystać całą rozdzielczość 10-ciu bitów na czytanie napięcia w przedziale 0..AREF V – ale tego nie testowaliśmy w praktyce.
• inne możliwości ustawienia punktu odniesienia w funkcji analogReference, np. INTERNAL1v1 w zależności od płytki Arduino daje to pożliwość wykorzystania całej rozdzielczości 10-ciu bitów w zakresie 0..1V.

Potencjometr liniowy – dzielnik napięć

Bardzo przydatny element elektroniczny – będziemy go wielokrotnie wykorzystywać. Dlatego przypominam, że działanie oparte jest na dzielniku napięć, i należy pamiętać roli 3 nóżkek tego elementu:

• pierwsza – zasilanie (np. 5V)
• druga – napięcie na wyjściu, czyli zmodyfikowane konkretnym ustawieniem gałki potencjometru (np. 1.2V)
• trzecia – masa (0V)

Oczywiście nóżki piersza i trzecia mogą być zamienione rolami. Przy pomocy miernika uniwersalnego sprawdziliśmy w praktyce działanie tego potencjometru, a już po chwili wczytywaliśmy do Arduino to napięcie i pisaliśmy na ekranie – dzięki funkcji  Serial.println().

Ważne: zauważyliśmy, że ustawiony potencjometr w jednej pozycji i nie poruszany daje lekko różne wartości, np. 600, 600, 601, 600, 600, 600, 598, 600, 600, 601, 600… Niby widać, że odczytana wartość wynosi 600, a te drobne odstępstwa nazywamy fluktuacjami. Dzieje się tak gdyż przetwornik DAC w Arduino nie jest doskonały (a niby co jest?!), wrażliwy na szumy i inne rzeczy. Warto o tym pamiętać.

Sygnały PWM – sygnały cyfrowe

Czyli Pulse Width Modulation – sygnały szybkozmienne w czasie (Arduino UNO – 2ms, czyli 500Hz), o dwóch wartościach – 0V i 5V. Mamy możliwość wybrania wypełnienia sygnału 5V – czyli jak długo wartość 5V utrzymuje się w okresie 2ms (a następnie wszystko się powtarza). Mamy 8 bitów do sterowania wypełnieniem – a więc wartości z przedziału 0..255.

Ku pamięci:

• PWM jest dla sygnałów cyfrowych, oznaczonych tyldą w Arduino (a więc ~3, ~5, ~6, ~9, ~10 – aż 6 takich wyjść!)
• pinMode(7, OUTPUT)
• analogWrite(3, 127) – funkcja sterująca wypełnieniem (w tym przykładzie 50%, gdyż podałem 127, a maksymalna wartość to 255)

Przykłady -> 01 Basics -> Fade

Omówienie przykładu, zbudowanie układu i uruchomienie.

Pamiętaj:

wybierając płytkę Arduino dla siebie pamiętaj o jej parametrach: z dzisiejszych zajęć już wiesz, że musisz zwracać uwagę na liczbę pinów cyfrowych, analogowych oraz pinów cyfrowych z możliwością PWM. Zajrzyj na specyfikację Arduino Mega i porównaj z UNO – zobaczysz różnicę. A kolejne istotne parametry poznasz na dalszych zajęciach.

Praca domowa

Proszę zaprogramować w wirtualnym Arduino (przypominam: 123d.circuits.io) układ potencometr 10k + LED sterowany PWM tak, by LED rozjaśniał się wskutek nastwień potencjometu. W tym celu trzeba 1) czytać potencjometr analogowo, 2) sterować jasnością LEDa przez PWM (podobnie do omawianego przykładu Fade).

Podpowiedź: analogRead() zwróci nam wartości od 0..1023, a PWM potrzebuje wartości od 0..255. Jak widać te wartości do siebie nie pasują… rozwiązanie najprostrze to podzielenie przez 4 wczytanej wartości i ustawienie właśnie na tyle PWMa. Lepsze rozwiązania tego „problemu” poznamy na kolejnych zajęciach.