Implementácia funkcie map()
Zo stránky SensorWiki
Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2026 - Dariia Svystak
Zadanie
Implementácia funkcie map()] V prostredí ArduinoIde máme možnosť použiť funkciu map(). Prepíšte túto funkciu tak, aby sme napätie merané v rozsahu 0 až 5V pomocou 10 b-ého A/D prevodníka vedeli zobraziť s presnosťou na „0,01V“. Použite celočíselnú aritmetiku. Výstup A/D prevodníkom filtrujte pomocou filtra kĺzavého priemeru – priemer s 8, resp. 16 vzoriek.
Literatúra:
Analýza a opis riešenia
A/D prevodník je 10-bitový, preto vracia hodnoty v rozsahu 0 až 1023. Túto hodnotu program najprv filtruje pomocou kĺzavého priemeru z 8 alebo 16 vzoriek.
Následne sa hodnota prepočíta pomocou vlastnej funkcie map(). Funkcia prepočítava interval 0 až 1023 na interval 0 až 500. Hodnota 500 predstavuje 5,00 V, pretože napätie je v programe uložené v stotinách voltu. Vďaka tomu je možné vypísať napätie s presnosťou 0,01 V bez použitia typu float.
Potenciometer je zapojený ako delič napätia. Krajné vývody sú pripojené na VCC a GND, stredný vývod je pripojený na analógový vstup ADC4 mikrokontroléra ATmega328P.
Na meranie napätia bol použitý laboratórny modul s potenciometrom, ktorý bol pripojený k vývojovej doske. V programe sa využíva iba výstup z potenciometra, preto je v schéme zapojenia znázornený len potenciometer. Ostatné prvky modulu použité neboli. Pri otáčaní potenciometra sa mení vstupná hodnota A/D prevodníka, ktorá sa v programe načítava z kanála ADC4.
Algoritmus a program
Na komunikáciu cez UART boli použité súbory uart.h a uart.c. Hlavičkový súbor uart.h je pripojený v hlavnom programe a obsahuje deklarácie funkcií. Súbor uart.c obsahuje samotnú implementáciu funkcií pre sériovú komunikáciu.
Program najprv inicializuje UART, A/D prevodník a PWM výstup. V nekonečnom cykle sa načíta hodnota z analógového vstupu ADC4. Táto hodnota sa upraví pomocou filtra kĺzavého priemeru a potom sa pomocou funkcie map() prepočíta na napätie.
Počet vzoriek filtra sa nastavuje pomocou konštanty:
- define POCET_VZORIEK 16
Ak chceme použiť priemer z 8 vzoriek, stačí zmeniť túto konštantu na:
- define POCET_VZORIEK 8
V programe bol použitý priemer zo 16 vzoriek, pretože pri väčšom počte vzoriek je výsledná hodnota stabilnejšia a menej citlivá na malé náhodné odchýlky merania. Výsledok sa vypisuje cez UART vo formáte: ADC = hodnota, U = x.xx V Celá časť napätia sa získa delením hodnoty napatie / 100 a desatinná časť pomocou napatie % 100. Hodnota z A/D prevodníka sa zároveň používa aj na nastavenie PWM výstupu: OCR0A = hodnota / 4; Delenie číslom 4 je použité preto, že A/D prevodník má rozsah 0 až 1023, ale PWM register OCR0A má rozsah 0 až 255.
V programe je použitá aj úprava hodnoty v tvare 1023 - adc_read(kanal). Táto úprava bola potrebná preto, že pri zapojení potenciometra bola hodnota A/D prevodníka opačná: pri minimálnej polohe potenciometra - 1023 a pri maximálnej - 0.
Funkcia map() bola odvodená zo vzťahu pre lineárne prepočítanie hodnoty z jedného intervalu do druhého. Vstupná hodnota x je v rozsahu in_min až in_max a výstupná hodnota má byť v rozsahu out_min až out_max.
Najprv sa hodnota x posunie vzhľadom na začiatok vstupného intervalu: x - in_min Potom sa táto hodnota vynásobí veľkosťou výstupného intervalu: (x - in_min) · (out_max - out_min) Následne sa výsledok vydelí veľkosťou vstupného intervalu: ((x - in_min) · (out_max - out_min)) / (in_max - in_min) Nakoniec sa pripočíta začiatok výstupného intervalu out_min. Výsledná rovnica je: y = ((x - in_min) · (out_max - out_min)) / (in_max - in_min) + out_min
Vo funkcii map() je použitý typ uint32_t, pretože pri výpočte vzniká medzivýsledok: 1023 · 500 = 511500 Táto hodnota sa nezmestí do typu uint16_t, preto musí byť výpočet vykonaný v 32-bitovej celočíselnej aritmetike.
#include <avr/io.h>
#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"
#define LED1 PD6
#define POCET_VZORIEK 16
FILE uart_output = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
void adc_init(void)
{
ADMUX = (1<<REFS0);
ADCSRA = (1<<ADEN)
| (1<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (1<<ADPS0);
}
uint16_t adc_read(char channel)
{
channel &= 0x0F;
ADMUX = (ADMUX & 0xF0) | channel;
ADCSRA |= (1<<ADSC);
while(ADCSRA & (1<<ADSC))
{
}
return (ADC);
}
uint32_t map(uint16_t x, uint16_t in_min, uint16_t in_max, uint16_t out_min,uint16_t out_max)
{
return (uint32_t)(x - in_min)*(out_max - out_min)/(in_max - in_min) + out_min;
}
uint16_t klzavy_priemer(uint8_t kanal)
{
uint32_t sucet = 0;
for(uint8_t i=0; i < POCET_VZORIEK; i++)
{
sucet += 1023 - adc_read(kanal);
}
return sucet/POCET_VZORIEK;
}
void pwm_init(void)
{
DDRD |= (1<<PD6);
TCCR0A = (1<<COM0A1) | (1<<WGM01) | (1<<WGM00);
TCCR0B = (1<<CS01) | (1<<CS00);
}
int main(void)
{
uint16_t hodnota;
uint32_t napatie;
adc_init();
uart_init();
pwm_init();
stdout = &uart_output;
while (1)
{
hodnota = klzavy_priemer(4);
napatie = map(hodnota, 0, 1023, 0, 500);
if(hodnota>512)
{
PORTD |= (1<<PD6);
}
else{
PORTD &= ~(1<<PD6);
}
printf("ADC = %u, U = %lu.%02lu V\n", hodnota, napatie/100, napatie % 100);
OCR0A = hodnota/4;
}
return(0);
}
Zdrojový kód:Implementácia_funkcie_map()
Overenie
Ako ste overili funkciu, napríklad... Na používanie našej aplikácie stačia dve tlačítka a postup používania je opísaný v sekcii popis riešenia. Na konci uvádzame fotku hotového zariadenia.
Video:
Čo by som urobil inak
Zamyslite sa spätne nad problémom, ktorý ste riešili a napíšte, čo sa vám nepodarilo a nabudúce by ste spravili inak.
Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.