Монк . - Программируем Arduino

Вывод из энергосберегающего режима внешними прерываниями

Только что описанный подход можно с успехом использовать в разных ситуациях, однако если требуется получить более быстрый отклик на внешнее событие, можно реализовать вывод микроконтроллера из энергосберегающего режима с помощью внешнего прерывания.

Чтобы переделать предыдущий пример и использовать контакт D2 как приемник внешних прерываний, требуется приложить дополнительные усилия, но результаты получаются немного лучше, так как отпадает необходимость периодически проверять состояние контакта. Код скетча получился сложным, поэтому сначала я покажу сам код, а потом расскажу, как он работает. Если вы пропустили главу 3 о прерываниях, то вам стоит прочитать ее перед изучением примера.

// sketch_05_06_sleep_external_wake

#include

const int ledPin = 13;

const int inputPin = 2;

volatile boolean flag;

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT);

pinMode(inputPin, INPUT_PULLUP);

goToSleep();

}

void loop()

{

if (flag)

{

doSomething();

flag = false;

goToSleep();

}

}

void setFlag()

{

flag = true;

}

void goToSleep()

{

set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);

sleep_enable();

attachInterrupt(0, setFlag, LOW); // контакт D2

sleep_mode(); // включить энергосберегающий режим

// Теперь микроконтроллер простаивает, пока уровень напряжения

// на контакте прерывания не упадет до LOW, затем...

sleep_disable();

detachInterrupt(0);

}

void doSomething()

{

for (int i = 0; i < 20; i++)

{

digitalWrite(ledPin, HIGH);

delay(200);

digitalWrite(ledPin, LOW);

delay(200);

}

}

Первое, на что следует обратить внимание, — в примере используются несколько функций из библиотеки avr/sleep.h. Подобно библиотеке avr/power.h, использовавшейся в предыдущих примерах, эта библиотека не является частью ядра Arduino — она поддерживает семейство микроконтроллеров AVR. То есть она не будет работать в модели Arduino Due, но в то же время, если вы разрабатываете проект с низким энергопотреблением на основе Arduino, модель Due должна быть последней в списке для выбора.

После выбора контактов для использования я определяю оперативную (со спецификатором volatile) переменную, чтобы подпрограмма обработки прерываний могла взаимодействовать с остальным скетчем.

Функция setup выполняет настройку контактов и вызывает goToSleep. Эта функция устанавливает вид режима энергосбережения — в данном случае SLEEP_MODE_PWR_DOWN. В этом режиме энергопотребление снижается до минимума, поэтому есть смысл использовать его.

Далее вызывается sleep_enable. Этот вызов еще не переводит микроконтроллер в режим энергосбережения. Прежде чем сделать это, нужно настроить прерывание 0 (контакт D2), чтобы плату можно было вернуть в нормальный режим функционирования.

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание на то, что выбран тип прерывания LOW. Это единственный тип прерывания, который можно использовать в данном примере. Типы RISING, FALLING и CHANGE не будут работать.

Вызов sleep_mode() после настройки прерывания фактически переводит микроконтроллер в энергосберегающий режим. Когда позднее произойдет возврат в нормальный режим работы, будет вызвана подпрограмма обработки прерываний и скетч продолжит выполнение со следующей строки в функции goToSleep. В этой строке сразу же выполняется вызов disable_sleep, и прерывание отключается, поэтому подпрограмма обработки прерываний не будет вызвана снова, пока скетч вновь не переведет микроконтроллер в энергосберегающий режим.

Когда падение напряжения на контакте D2 вызовет прерывание, подпрограмма-обработчик (setFlag) просто установит флаг, который проверяется функцией loop. Не забывайте, что в подпрограммах обработки прерываний нельзя использовать функцию delay и подобные ей. Поэтому функция loop должна проверить флаг и, если он установлен, вызвать ту же функцию doSomething, которая использовалась в примере с библиотекой Narcoleptic. После выполнения операции флаг сбрасывается, и Arduino вновь переводится в энергосберегающий режим.

По величине потребляемого тока этот скетч практически совпадает с примером на основе библиотеки Narcoleptic, с той лишь разницей, что во время, когда светодиод мигает, уровень потребляемого тока в данном примере выше из-за того, что используется обычная функция delay.

Использование цифровых выходов для управления питанием

Хотя в этой главе обсуждается проблема снижения энергопотребления программным способом, здесь нелишне будет дать полезный совет по уменьшению энергопотребления аппаратным способом.

На рис. 5.4 изображена схема датчика освещенности на основе фоторезистора (изменяет сопротивление в зависимости от освещенности) и постоянного сопротивления, подключенных к аналоговому входу Arduino, посредством которого измеряется степень освещенности.

Проблема данной реализации в том, что через постоянное сопротивление и фоторезистор течет постоянный ток напряжением 5 В. Если при полной освещенности она имеет сопротивление 500 Ом, то согласно закону

Рис. 5.4.Измерение освещенности с применением фоторезистора

Ома протекающий ток будет иметь значение I = V / R = 5 В/(1000 Ом + + 500 Ом) = 3,3 мА.

Вместо источника постоянного напряжения 5 В на плате Arduino можно использовать цифровой выход (рис. 5.5) и подавать на него уровень напряжения HIGH только в момент чтения значения с аналогового входа, а затем устанавливать на нем уровень LOW. В этом случае ток 3,3 мА будет протекать только в течение очень короткого промежутка времени, когда выполняется чтение, благодаря чему можно снизить общий уровень энергопотребления.

Это решение иллюстрирует следующий скетч:

// sketch_05_07_light_sensing

const int inputPin = A0;

const int powerPin = 12;

void setup()

Рис. 5.5.Экономичная схема измерения освещенности

{

pinMode(powerPin, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

Serial.println(takeReading());

delay(500);

}

int takeReading()

{

digitalWrite(powerPin, HIGH);

delay(10); // фоторезистору требуется некоторое время

int reading = analogRead(inputPin);

digitalWrite(powerPin, LOW);

return reading;

}

Этот подход можно использовать не только при измерении освещенности. Можно, например, с помощью цифрового выхода управлять полевым транзистором, включающим и выключающим мощные потребители электроэнергии в вашем проекте.

В заключение

Лучшие способы уменьшить потребление электроэнергии:

• переводить микроконтроллер в режим энергосбережения, когда не требуется выполнять никаких действий;

• использовать для питания Arduino пониженное напряжение;

• уменьшать тактовую частоту Arduino.

6. Память

Объем памяти в большинстве компьютеров исчисляется гигабайтами, но в Arduino Uno ее всего 2 Кбайт. То есть более чем в миллион раз меньше, чем в обычном компьютере. Однако ограниченный объем памяти удивительным образом способствует концентрации мысли в процессе программирования. Здесь нет места для расточительства, которым страдает большинство компьютеров.