Meranie reakčnej doby

Autori:	Miroslav Šimončič, Roman Godál
Študijný odbor:	Aplikovaná mechatronika	2. Ing. (2013)

Zadanie

Naprogramujte zariadenie na meranie reakčnej doby pozostávajúce z trojfarebnej LED diódy a displeja. V kľudovom stave svieti LED dióda na modro. Začatie merania tlačidlom S1 prepne LED na červenú, ktorá sa potom v náhodnom čase 1 - 7 sekúnd prepne na zelenú. Užívateľ má stlačiť tlačidlo S1 čo najskôr po prepnutí svetla. Po stlačení sa LED znova prepne na modrú a na displeji sa zobrazí čas, ktorý uplynul od prepnutia červená/zelená po stlačenie tlačidla. Na displeji bude okrem toho zobrazený priemer z posledných 5 meraní, najlepšia hodnota a počet meraní 1-5.

Vývojová doska ACROB.

Literatúra:

• Dokumentácia k doske Acrob
• Vyskúšajte si zmerať reakciu on-line

Analýza

V našom projekte sme použili procesor AVR 328P, trojfarebnú LED diódu a displej Paralax 8x2 s tlačítkami. Základným postupom bolo dosiahnuť aby tieto zariadenia medzi sebou spolupracovali a boli ovládané mikroprocesorom.

RGB LED.

Displej.

Vývojová doska s procesorom AVR 328P.

Popis riešenia

RGB LED diódu sme zapojili na PORT C procesora. V LED dióde sú umiestnené 4 čipy. Na našu aplikáciu sme využili tri, každá nožička bola zapojená na inom pine procesora. Displej Paralax sa pripája na PORT D procesora. Pre jeho správne fungovanie sme museli zakázať UART komunikáciu, ktorá nám spôsobovala to, že sa nám na displej počas jej prevádzky nič nevypísalo.

Pomocou tlačítka pod displejom ovládame našu aplikáciu. V kľudovom stave je na displeji zobrazené IDLE (svieti modrá dióda), po stlačení tlačítka sa na displeji zobrazí READY a rozsvieti sa červená dióda. V tom momente sa spustí náhodne dlhý časový úsek až pokiaľ sa na displeji nezobrazí výzva STLAC a rozsvieti sa zelená dióda. Od rozsvietenia zelenej diódy a zobrazenie výzvy STLAC sa spustí časovač, ktorý počíta dobu pokiaľ nestlačíme tlačítko. Po stlačení tlačítka sa na displeji zobrazí číslo konkrétneho merania a čas reflexu v milisekundách. Tento postup sa opakuje 5 meraní. Po piatich meraniach sa na displeji v prvom riadku zobrazí AVG, čo znamená priemer z časov piatich meraní. V druhom riadku sa zobrazí najlepší čas z posledných piatich meraní.

Schéma zapojenia dosky Arduino.

Schéma zapojenia LCD displeja.

Video:

• Reflex

Algoritmus a program

Algoritmus nášho programu sa začína ako každý program jazyku C vložením knižníc a hlavičkových súborov obsahujúcich potrebné inštrukcie a funkcie. Následne sme si zadefinovali funkcie na spúšťanie a zastavovanie časovača, a makro na spracovanie bitov pre nastavenie časovača. Hlavná funkcia programu úvodom povolí prerušenie od použitého časovača a tak isto aj sériovú komunikáciu kvôli kolidovaniu použitých bitov procesora. Nasleduje inicializácia displeja s prvotným výpisom na displej a rozvietením príslušnej led. Ďalším krokom je nekonečný cyklus zabezpečujúci merania reakčného času. V cykle while sa nachádzajú podmienky stanovené na z čítacej funkcie tlačidiel, testovania príslušnej led a pomocných premenných na štruktúrovanie programu. Pri splnení prvej podmienky program rozsvieti príslušnú led aj s výpisom na displej, vygeneruje náhodnú hodnotu slúžiacu na oneskorenie, počas ktorého musí užívateľ čakať na výzvu k stlačeniu, po uplynutí tohto náhodného čašu sa led prepnú do príslušného stavu ako aj príkaz na displeji a spusti sa meranie čašu. Program Čaka na splnenie ďalšej podmienky od užívateľa stlačením tlačidla, ktorou sa zastaví meranie a vyhodnotí sa čas aj s výpisom na displej, tento postup sa opakuje 5 krát, čo následne splní podmienku ukončenia meraní a vykoná výpočet priemernej hodnoty ako aj že nájde minimum z pola meraní. Tieto hodnoty sú následne vypísane na displej.

#include <avr/io.h>
#include <avr/delay.h>
#include <string.h>
#include "LCDlibrary.h"
#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>
#include "lcd.h"
#include <avr/interrupt.h>
#define UART_DISABLE() bits_clear(UCSR0B,bit(RXEN0)|bit(TXEN0))
#define F_CPU 16000000UL

//Manipulacia s bitmi
#define bit_set(p,m) ((p) |= bit(m))

//funkcia na spustenie a zastavenie casovaca
#define TIMER_STOP() bits_clear(TCCR0B,(bit(CS02)|bit(CS01)|bit(CS00)));TCNT0=0
#define TIMER_START() TCNT0+=5;bits_set(TCCR0B,(bit(CS01)|bit(CS00)))

int nah=0,i,meranie=0,cas=0,x=0, mer[4], avg=0, best=10000, ok=0,buffer=0;
unsigned char u[10];

    int main(void)
    {

	bit_set(TIMSK0,TOIE0);			//Povolenie prerusenia Casovaca 0	
	sei();	
	UART_DISABLE();                 //zakazanie seriovej kom.,kvoli vyuzitiu bitu
	lcd_init();                     //inicializacna funkcia displeja
	lcd_clrscr();                   //funkcia na zmazanie obsahu displeja
	lcd_puts_addr(0,"Idle");        //vypis na konkretnu adresu displeja 
    _delay_ms(500);

    DDRC = 0x0E;                    //nastavenie bitov portu C ako vystup
    PORTC = 0x02;                   //rozvietenie modrej led

// nekonecny cyklus zabezpecujuci meranie
while(1) {

//podmienka ktora sa vykona po stlaceni tlacidla z prislusneho stavu a spusti meranie
if ( (ReadButtons() == 4) && PORTC == 0x02 && meranie<5 && ok==0)
  {
 	PORTC = 0x08;                  //rozsvietenie cervenej led
	lcd_puts_addr(0,"ready");      
	_delay_ms(500);
	nah=rand() % 60001;            //vygenerovanie nahodneho cisla v rozsahu do 60000
	nah=nah/1000;                  //uprava vygenerovaneho cisla pre cyklus for
		for(i=10+nah;i<=70;i=i+1){ //nahodne trvajuci oneskorovaci cyklus
		_delay_ms(750);
		}
	PORTC = 0x04;                  //rozvietenie zelenej led
	meranie+=1;                    //zapocitanie merania
	lcd_puts_addr(0,"stlac");
	cas=0;                         //vynulovanie pocitadla casu
    TIMER_START();                 //spustenie casovaca
}

//podmienka zabezpecujuca ukoncenie merania po stlaceni tlacidla v meracom rezime
if ((ReadButtons() == 4 && PORTC == 0x04 && meranie<6 && ok==0)){

   TIMER_STOP();                    //zastavenie casovaca
   mer[(meranie-1)]=cas;            //ulozenie merania do pola merani
   lcd_clrscr();                    //premazanie displeja
   sprintf(u,"%d: %d",meranie,mer[(meranie-1)]);         //vytvorenie retazca pre vypis
   lcd_puts_addr(0,u);              //vypis retazca na displej
}

//podmienka zabezpecujuca opakovanie merani v urcitom pocte
if ((ReadButtons() == 8 && PORTC == 0x04 && meranie<6 && ok==0)){

   PORTC = 0x02;
   lcd_clrscr();
   lcd_puts_addr(0,"Idle");
     if ( meranie==5) {    // osetrenie poctu merani
     ok=1;}
}

//podmienka vykonavajuca sa po ukonceni vsetkych 5 merani
if (meranie==5 && ok==1 && buffer==0){

   avg= (mer[0] + mer[1] + mer[2] + mer[3] + mer[4])/5; //vypocet priemeru

   //cyklus na najdenie najmensej hodnoty v poli
	for(i=0;i<4;i++){
	if (mer[i]<best) {
	best=mer[i]; }
	}

	lcd_clrscr();
	sprintf(u,"MIN:%d",best);     //vypis najlepsieho casu do retazca
	lcd_puts_addr(0x40,u);
    _delay_ms(500);
	sprintf(u,"AVG:%d",avg);      //vypis primerneho casu do retazca
	lcd_puts_addr(0,u);
    buffer=1;
}
}
 return(0);
    }

//funkcia urcena na obsulu prerusenia od casovaca
ISR(TIMER0_OVF_vect)
{
	TCNT0+=5;		   //spresnenie hodnoty inkrementom registra
	cas++;             //pocitadlo ms
}

Zdrojový kód: serial.h a main.c

reflex.c

Overenie

Na používanie našej aplikácie stačia dve tlačítka a postup používania je opísaný v sekcii popis riešenia. Na konci uvádzame fotku záverečnej obrazovky pred resetom. Vypísaný je tu priemerný čas a najlepší čas.

Aplikácia.