ESP32: ПОДКЛЮЧАЕМ ДАТЧИК С ДИСКРЕТНЫМ ВЫХОДОМ

Что нам понадобится?

Для экспериментов с подключением дискретного датчика к ESP32 нам понадобится сама плата ESP32 DEVKIT V1, макетная плата, соединительные проводники штекер-гнездо DuPont и кабель micro USB для подключения ESP32 к компьютеру. В качестве дискретного датчика используем популярный модуль инфракрасного датчика обхода препятствий.

Модуль инфракрасного датчика обхода препятствий

Модуль датчика состоит из инфракрасного светодиода с излучением примерно 700-760 нм (этот свет не виден человеческим глазом, но его можно увидеть, например, камерой телефона) и фототранзистора, который принимает отраженное инфракрасное излучение. Сигнал от фототранзистора подается на вход компаратора LM393, который сравнивает его с пороговым уровнем напряжения, задаваемым переменным резистором. Когда интенсивность сигнала достигает попрогового уровня, датчик срабатывает: загорается светодиод индикации срабатывания и состояние вывода OUT на плате изменяется с высокого уровня (HIGH) на низкий (LOW).

Чем ближе к датчику находится объект, от которого отражается инфракрасное излучение, тем выше интенсивность отраженного потока на фототранзисторе. Количество отраженного излучения зависит от цвета и фактуры поверхности, от которой оно отражается. Чем поверхность более гладкая и светлая, тем больше излучения от нее отражается. От черных и матовых поверхностей отражение минимальное. Таким образом, расстояние обнаружения препятствий может колебаться от 2 до 15 сантиметров.

Схема подключения модуля инфракрасного датчика

Монтажная схема подключения приведена в начале статьи. Соединяем контакты GND на плате микроконтроллера и плате модуля при помощи соединительного кабеля DuPont. Контакт VCC модуля соединяем с контактом 3V3 микроконтроллера. А контакт OUT на модуле соединяем, например, с выводом D18 (GPIO18) микроконтроллера.

О том, к каким еще выводам платы микроконтроллера можно подключать датчики, читайте на wiki-странице "ESP32 распиновка (pinout)".

Проверяем срабатывание датчика в цикле

Когда происходит срабатывание датчика, на выводе D18 (GPIO18) появляется сигнал низкого уровня (логический "0"). Этот сигнал мы будем проверять в цикле нашей программы и включать светодиод, расположенный на плате ESP32 и подключенный к выводу GPIO2. Программа на языке MicroPython очень похожа на программу для проверки нажатия кнопки, приведенную в статье "ESP32: Подключаем кнопку", и может выглядеть следующим образом:

# из модуля machine импортируем класс Pin
from machine import Pin

# создаем объект Pin с именем led,
# указываем идентификатор контакта GPIO2
# и задаем для контакта режим выхода Pin.OUT
led = Pin(2, Pin.OUT)

# создаем объект Pin с именем sensor и идентификатором 27,
# задаем для контакта режим входа Pin.IN
# и подключаем подтягивающий резистор Pin.PULL_UP 
sensor = Pin(18, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# организуем бесконечный цикл
while True:
    # проверяем значение sensor
    if sensor.value() == 0:
        # включаем светодиод
        led.on()
    else:
        # иначе выключаем светодиод
        led.off()

Запустим Iguana IDE. Скопируем в нее текст программы. Подключим микроконтроллер к компьютеру с помощью USB-кабеля. Откроем соединение с помощью кнопки "Open" и нажмем кнопку "DOWNLOAD & RUN". Светодиод будет загораться при срабатывании датчика (настроить оптимальное срабатывание можно вращением оси переменного резистора с помощью небольшой отвертки). Подробнее о загрузке и запуске программ можно прочитать в статье "ПЕРВЫЙ ПРОЕКТ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ESP32".

Проверка срабатывания датчика в цикле не всегда удобное решение. Если скрипт выполняет другие задачи в цикле, он может не успеть обнаружить кратковременное срабатывание и возникнут необработанные срабатывания.

Для того, чтобы не зависеть от цикла, лучше использовать внешнее прерывание. Прерывание — это сигнал, посылаемый процессору, чтобы указать, что важная задача должна быть выполнена немедленно, тем самым прерывая выполнение текущей программы. Преимущество использования внешнего прерывания в том, что обнаружение срабатывания будет полностью отделено от скрипта, крутящегося в цикле while. Работа с прерываниями описана в статье "ESP32: Подключаем кнопку".

Обрабатываем срабатывание датчика с помощью прерывания (Interrupt)

Благодаря прерываниям нет необходимости постоянно сканировать значение контакта. Когда сигнал на контакте изменяется, вызывается прерывание и запускается программа обработки прерывания. Мы можем использовать следующие варианты обнаружения изменения сигнала для прерываний:

• Pin.IRQ_RISING : Запускает прерывание, как только сигнал переходит от LOW к HIGH (от 0 до 3,3 В)
• Pin.IRQ_FALLING запускает прерывание, как только сигнал изменяется с HIGH нa LOW (с 3,3 В на 0)
• Pin.IRQ_RISING | Pin.IRQ_FALLING запускает прерывание при изменении от LOW к HIGH или при изменении от HIGH к LOW

Мы используем режим Pin.IRQ_RISING | Pin.IRQ_FALLING для включения светодиода во время обнаружения препятствия датчиком и выключения, когда препятствие отсутствует. Программа может выглядеть следующим образом:

# из модуля machine импортируем класс Pin
from machine import Pin

# организуем функцию, которая будет запускаться прерыванием
def sensor_isr(pin):
    # переключаем светодиод в состояние обратное сигналу датчика
    # (сигнал от датчика у нас низкого уровня,
    # а светодиод включается высоким уровнем)
    led.value(not sensor.value())

# создаем объект Pin для светодиода
led = Pin(2, Pin.OUT)

# создаем объект Pin для датчика
sensor = Pin(18, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# создаем запрос прерывания для датчика
# в handler указываем функцию, запускающуюся по прерыванию
sensor.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=sensor_isr)

# организуем бесконечный цикл
while True:
    # что-то делаем или ничего не делаем
    pass

Остановить прерывание можно с помощью команды sensor.irq(handler=None)

Фиксируем срабатывание датчика

Чтобы зафиксировать срабатывание датчика можно использовать глобальную переменную. Назовем ее, например motion. Будем включать светодиод на 3 секунды при срабатывании датчика. Код программы может выглядеть, например, так:

# из модуля machine импортируем класс Pin
from machine import Pin
# из модуля time импортируем функцию задержки sleep
from time import sleep

# функция, которая будет запускаться прерыванием
def sensor_isr(pin):
    # добавляем переменную motion в область видимости функции
    global motion
    # устанавливаем значение motion в True при срабатывании датчика
    motion = True

# инициализируем начальное значение для переменной motion
motion = False

# создаем объект Pin для светодиода
led = Pin(2, Pin.OUT)

# создаем объект Pin для датчика
sensor = Pin(18, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# создаем запрос прерывания для датчика
# в handler указываем функцию, запускающуюся по прерыванию
sensor.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=sensor_isr)

# организуем бесконечный цикл
while True:
    # проверяем значение motion
    if motion:
        # если motion истинна, включаем светоиод
        led.value(1)
        # ждем 3 секунды
        sleep(3)
        # выключаем светодиод
        led.value(0)
        # сбрасываем значение motion в False
        motion = False

Удачный Вам экспериментов!

См. также:

Iguana — удобная и функциональная IDE для MicroPython

Первый проект на микроконтроллере ESP32

Программируем микроконтроллер ESP32 по Wi-Fi