Infrardeči oddajnik in sprejemnik: KY-005 in KY-022 – 37 zanimivih Arduino modulov (7)

Daljinski upravljalniki pošiljajo sporočila sprejemnikom z različnimi načini kodiranja nosilnega vala frekvence 38 kHz (ali katere druge frekvence), o čemer smo veliko pisali v člankih Daljinski upravljalniki (1): Preberimo IC sporočilo! in Daljinski upravljalniki (2): Pošljimo IC sporočilo!, ki sta bila objavljena pred kakimi desetimi leti v reviji Svet elektronike, številka 172 in 173.

Delovanje modula KY-022 bomo preizkusili v vezju, narisanem na shemi, ki jo prikazuje slika 107.

Vezje sestavljata dve Arduino UNO ploščici in trije KY moduli:

• Arduino UNO 1 je oddajnik, ki pošilja ustrezno moduliran infrardeči žarek svetlobe s pomočjo IR diode z modula KY-005;
• Arduino UNO 2 je sprejemnik, ki sprejema ni obdeluje infrardeči žarek svetlobe s pomočjo modula KY-022, dekodira vpisano informacijo in na podlagi te informacije prižiga ali ugaša segmente RGB diode na modulu KY-016.

Arduino UNO 1 je povezan z osebnim računalnikom prek USB priključka, prek katerega se hkrati napaja in vzdržuje komunikacijo z emulatorjem terminala. Prek emulatorja terminala lahko pošiljamo ukaze s pritiski na tipke “r”, “g”, “b” in “0”. Te ukaze program nato modulira, “vdela” v pravokotni nosilni signal frekvence 38 kHz. Uporabljen je najenostavnejši način kodiranja: našteti ukazi bodo po vrsti povzročili na priključku “~10” impulze s frekvenco 38 kHz, ki bodo trajali 40, 60, 80 in 100 ms, IR dioda na modulu KY-005 pa jih bo potem v obliki infrardečega svetlobnega žarka poslala v okoliški prostor.

Na Arduino UNO 2 sta povezana dva KY modula: KY-022 in KY-016. KY-022 bo sprejel infrardeči žarek oddajnika in ga pretvoril v negativne impulze s trajanjem 40, 60, 80 in 100 ms na izhodnem priključku “S”, oziroma priključku “2” Arduino ploščice. Program mora ugotoviti prisotnost teh impulzov in izmeriti njihovo dolžino, potem pa na osnovi tega prižgati po vrsti rdeči, zeleni ali modri segment RGB diode, oziroma vse ugasniti, če je čas sprejetega impulza 100 ms. Arduino UNO 2 se lahko napaja iz prvega Arduino modula (črtkane povezave) ali na kak drug način.

Program 37in1_prog_14a.bas
Program 37in1_prog_14a.bas je napisan za Arduino UNO 1 (oddajnik). Na začetku beremo datoteko z definicijami Arduino priključkov

$include "Arduino_pins.sub"

in definiramo priključek “~10” kot vhodni priključek

Config Arduino_pin#10 = Input

Na prvi pogled je to v nasprotju z običajnim načinom koriščenja priključka “~10”, ki mora biti izhodni. Mi bomo ta priključek uporabili tudi kot OC1B izhod Timer1, ustrezno konfiguriran časovnik pa bo na tem priključku dajal impulze frekvence okrog 38 kHz:

Config Timer1 = Timer , Prescale = 1 , Compare_b = Toggle , Clear_timer = 1
Stop Timer1

Timer1 poženemo v podprogramu Start_38khz

Start_38khz:
Compare1a = 210 - 1
Start Timer1
Timer_flag = 1
Return

ustavimo pa v podprogramu Stop_38khz:

Stop_38khz:
Stop Timer1

Potem, ko ustavimo časovnik, moramo še zagotoviti, da izhodni priključek ne ostane v stanju “1”, ker bi v tem primeru IR dioda na KY-005 modulu brez potrebe ostala prižgana in bi ves čas svetila. Izhodno stanje OC1B izhoda Timera1 ne moremo neposredno prebrati, lahko pa ga posredno prek vhodnega bita PIND.2 PD2 priključka, oziroma prek njegovega alternativnega imena, Arduino_pin#10. Če ugotovimo, da je ta priključek ostal v stanju “1”, bomo programsko povzročili navidezni CTC dogodek in ga tako postavili v stanje “0”:

If Arduino_pin#10 = 1 Then
Tccr1c.foc1b = 1
EndIf
Timer_flag = 0
Return

Več o tem smo pisali v analizi programa 37in1_prog_5.bas (Svet elektronike 279). V glavni programski zanki program sprejema sporočila, ki jih prek serijskega kanala dobiva iz emulatorja terminala. Ko sprejme neko sporočilo, ga program natančno analizira v podprogramu Cmd_sub:

Do
Cmd = Inkey()
IfCmd<> 0 Then
GosubCmd_sub
EndIf
Loop

Če je na primer sprejet ukaz “r” ali “R”, bo program pognal Timer1 za 40 ms:

Cmd_sub:
IfChr(cmd) = "r" OrChr(cmd) = "R" Then
Gosub Start_38khz
Waitms 40
Gosub Stop_38khz
Waitms 20
Print "red"

Za ostale dovoljene ukaze, “g” ali “G”, “b” ali “B” in “0”, bo program pognal Timer1 za 60, 80 ali 100 ms, prav tako, kot je bilo zamišljeno.

Program 37in1_prog_14b.bas
Program 37in1_prog_14b.bas je napisan za Arduino UNO 2 (sprejemnik). Na začetku preberemo datoteko z definicijami Arduino priključkov

$include "Arduino_pins.sub"

in definiramo vhodne in izhodne priključke

Config Arduino_pin#2 = Input
Config Arduino_pin#11 = Output
Config Arduino_pin#12 = Output
Config Arduino_pin#13 = Output

Logična “1” na izhodnih priključkih po vrsti vključuje rdeči, zeleni in modri segment RGB diode. Na začetku so vsi izhodni priključki v stanju “0”, zato je LEDica ugasnjena. Program v glavni programski zanki nadzira stanje vhodnega priključka z ukazom Debounce:

Do
T_ms = 25
Debounce , Arduino_pin#2 , 0 , T_sub , Sub
...

Tehnično sicer Debounce tu ni potreben, ker na vhodni priključek ni priključeno mehansko stikalo ali tipka, zato tudi ne pričakujemo vklopnih in izklopnih pojavov. Vendar pa ima Debounce vgrajeno dodatno logiko, ki zagotavlja, da se “vsak pritisk na tipko” (v tem primeru vsako aktiviranje senzorja) registrira samo enkrat. Ustrezen podprogram T_sub bo izmeril, koliko milisekund je bil senzor aktiviran:

T_sub:
While Arduino_pin#2 = 0
Waitms 1
IncrT_ms
IfT_ms> 200 Then
Exit While
EndIf
Wend
Return

Izmerjeno trajanje impulza je zapisano v spremenljivko T_ms, katere vrednost se preverja v glavni programski zanki. Če je na primer izmerjen čas trajanja 39-41 ms, bo program postavil Arduino_port#13 v stanje “1” in s tem vključil rdeči segment RGB diode:

Do
...
IfT_ms>= 39 AndT_ms<= 41 Then
Arduino_port#13 = 1
EndIf
...

S podobnim preverjanjem se bosta pri impulzih, ki trajajo 59-61 in 79-81 ms vključila zeleni in modri segment, pri impulzu, ki traja 99-101 ms, pa bodo vsi segmenti ugasnili:

IfT_ms>= 99 AndT_ms<= 101 Then
Arduino_port#11 = 0
Arduino_port#12 = 0
Arduino_port#13 = 0
EndIf
Loop

Pri kakršnemkoli drugem izmerjenem času ne bo program naredil ničesar. Tu je morda še treba razložiti, zakaj je začetna vrednost spremenljivke T_ms 25 in ne 0. Vzrok je ukaz Debounce, saj ta preverja stanje vhodnega priključka dvakrat z razmakom 25 ms: zaradi tega bo od trenutka, ko je bila prvič zaznana sprememba na vhodnem priključku, ko se je stanje spremenilo na “0”, do trenutka, ko bo podprogram T_sub začel meriti trajanje tega stanja, preteklo natanko 25 ms. Če z ukazom ConfigDebounce spremenite privzeto zakasnitev ukaza Debounce, je treba začetno vrednost spremenljivke T_ms uskladiti s to zakasnitvijo.

V obdobju prvih testiranj se je nepričakovano izkazalo, da programi delujejo zelo nezanesljivo, kljub temu, da sta bila oddajna IR dioda in IR senzor med sabo oddaljena le deset centimetrov. Končno se je pokazalo, da vir problemov ni niti v konceptu samega prenosa, niti v programih, ampak v dejstvu, da je bila “testna oprema” postavljena neposredno pod svetilko: takoj, ko sem IR senzor zasenčil, je vse začelo delovati tako, kot je bilo zamišljeno. Še več, na sprejemni strani so bili odčitki izmerjenih časov točno 40, 60, 80 ali 100 ms in zato v programu predvidena toleranca od ±1 ms sploh ni bila potrebna. Z oddaljevanjem oddajnika od sprejemnika je seveda treba pričakovati povečano število napak pri sprejemu; to bi lahko rešili s ponavljanjem vsakega ukaza 3-5 krat in seveda z uporabo bolj naprednih tehnik modulacije signala.

Opombe: V tem članku so programi predstavljeni zelo površno; za popolno razumevanje delovanja programa je treba vstopiti v programsko kodo in analizirati celotne programe. Datoteko Arduino_pins.sub z definicijami priključkov pri Arduino UNO, kakor tudi programe37in1_prog_14a.bas in 37in1_prog_14b.bas, lahko brezplačno dobite v uredništvu revije Svet elektronike.

Barduino-23