Счётчик посетителей: два луча 38 кГц, направление и EEPROM

Счётчик посетителей на фоторезисторе из урока про ИК-барьер прожил у меня в мастерской ровно до первого солнечного утра: луч уехал вместе с порогом, и счётчик наскрёб десяток «посетителей» до кофе. Тот урок честно разобрал порог, гистерезис и засветку — а постоянному прибору в коридоре нужны ещё две вещи, которых там не было: различение входа и выхода и память, пережидающая моргание света. Обе собираются из деталей этого раздела.

План такой. Первое: заменить голый свет модулированным лучом — кадрами NEC на несущей 38 килогерц вместо непрерывного свечения диода. Второе: поставить два луча со сдвигом поперёк прохода и читать направление по порядку пересечений. Третье: сложить счётчики в EEPROM, чтобы прибор помнил посетителей к следующему вторнику, а не только до вечера. По ходу разберём, почему непрерывная несущая ослепляет приёмник и как оптический антидребезг достаётся бесплатно.

Наивная схема «диод горит, приёмник видит» с модулем VS1838B не работает, и причина внутри банки. В приёмнике живёт АРУ — автоматическая регулировка усиления, и непрерывную несущую она давит: через несколько сотен миллисекунд постоянного 38-килогерцного сигнала усиление спадает, и модуль перестаёт видеть собственный луч. Модуль заточен под пачки с паузами — так устроен любой протокол пультов.

Лекарство следует из болезни: подавать свет пачками. Передатчик шлёт кадры NEC каждые девяносто миллисекунд — сам кадр живёт около 68, на паузу остаётся двадцать с лишним, и АРУ между кадрами успевает отдышаться. Приёмник ведёт для каждого луча метку «когда приходил последний кадр» и считает луч живым, пока метка свежее двухсот миллисекунд. Получается забавно: весь раздел учил читать кадры как команды, а здесь кадр стал маячком «я жив» — содержимое не важно, важен сам факт. Пара при этом стандартная: диод на пине 3 и sendNEC уже собирались в уроке про свой пульт из Arduino, а внутренности трёх ног приёмника — урок про TSOP и VS1838.

Две оговорки к этой схеме. Первая: передатчик — отдельная плата. Приём и передача делят второй таймер ATmega328, две роли на одной Uno не живут — предупреждение об этом уже было в уроке про свой пульт. Вторая: окно свежести — ручка с ценой промаха. Двухсот миллисекунд хватает для нормального шага; медленный человек задерживается в луче дольше окна, и луч «оживает» в середине прохода. Тогда окно укорачивают, а темп передатчика поднимают коротким протоколом вроде RC5, чей кадр втрое короче NEC. Оба значения подбираются под ширину прохода: узкая дверь прощает ленивые кадры, широкий коридор требует темпа.

Про числа цикла подробнее. Кадр NEC при нулевых повторах живёт около 68 миллисекунд: девять — заголовок, полторы-две — каждый из тридцати двух бит. С добавкой 22 миллисекунд паузы цикл выходит около 90, то есть примерно одиннадцать кадров в секунду. Окно свежести двести миллисекунд перекрывает два пропущенных кадра: одиночный сбой от блика или птицы в кадре луч не гасит, а настоящий проход, который длиннее окна, виден всегда. Шумному коридору окно растят до трёхсот, но вместе с ним растёт и задержка фиксации прохода.

Монтаж в двух словах. Приёмник ставится в тёмную трубку из изоленты — она режет боковой свет и немного подтягивает диаграмму направленности; диоды передатчиков смотрят строго в приёмник, на метре расстояния отклонение на ширину пальца уже роняет кадры. Каждому диоду — свой резистор: общий резистор на два передатчика развязывает кадры по току и даёт фантомные метки свежести. Кадры двух передатчиков специально не синхронизируются: случайные коллизии глотаются, и окно свежести их переживает.

Один луч считает события, а не людей: прошёл — единица, куда шёл — неизвестно. Направление даёт пара лучей со сдвигом 15–20 сантиметров поперёк прохода — те же числа, что в уроке про барьер. У меня два передатчика шлют на разных адресах NEC: 0x0A01 у входа, 0x0A02 дальше по ходу, и один приёмник различает лучи по адресу — второй приёмник не нужен. Человек, идущий внутрь, перекрывает сначала ближний луч, потом оба, потом дальний; идущий наружу — в обратном порядке.

Правило счёта, на котором я остановился после пары переделок: проход засчитывается, только если оба луча перекрывались — человек прошёл целиком, а не замер в луче и не отступил в полшага; направление определяется последним освободившимся лучом. Отступившего счётчик игнорирует — это фича, а не потеря: половина ложных срабатываний однолучевых счётчиков живёт именно в полушагах. Оптический антидребезг здесь бесплатный: рука, дрожащая на границе луча, рвёт кадры на миллисекунды, а окно свежести такие рывки сглаживает — отдельного дебаунса не нужно. Скетч приёмника:

Восстановление счёта — одна строка в setup: два байта EEPROM читаются на старте, свежая ячейка со значением 255 прижимается к нулю. Пишет только update — он пропускает запись, если байт не изменился, а это две записи на проход человека. Ресурс ячейки — порядка ста тысяч циклов по даташиту; при трёхстах проходах в день пара байт живёт около года непрерывной работы, и дальше вступает неравномерность износа, которую разбирает урок про ресурс ячеек. Отчёт и сброс я вывел в монитор: команда по Serial печатает входы, выходы и разницу «внутри сейчас», а механика чтения чисел из порта разобрана в уроке про parseInt.

Сброс счётчика я делаю двухступенчатым: буква r печатает текущие числа и ждёт вторую r в течение пяти секунд, только после второй обнуляются ячейки и печатается подтверждение. Одноступенчатый сброс стоил мне однажды годового счёта: задел клавишу в мониторной строке — и архив ушёл. Вторая ступень — три строки кода, а защита от собственной руки лучше любой аккуратности.

Собранный счётчик я вешал в коридоре и в мастерской, и главный вывод за год такой: два луча окупаются с первого дня. Однолучевой вариант держался честно только на узкой двери, где мимо не разминуться; на проходе шире метра он считал «туда-обратно» за каждое колебание. Пара лучей со сдвигом и правило «оба перекрылись — иначе не считаем» убрали большую часть споров с реальностью. Разницу легко оценить за вечер: положите рядом бумажный журнал с отметками вручную и сверяйте оба счёта наутро.

Куда расти: считать по часам — массив из двадцати четырёх ячеек в ОЗУ за день и одна запись в EEPROM на ночь дают почасовую гистограмму посещений. А если хочется видеть счёт не только в мониторе, счётчик выводится на экран обратной связи — маршрут показан в уроке про ИК-пульт и LCD.

И про честную границу: автомат различает направления на проходах в один человек. Двое плечом к плечу через оба луча пишутся как один — это видно по редким расхождениям с глазами; узкая дверь и шахматный сдвиг лучей лечат, как и в фоторезисторной схеме. Для учётной точки с плотным потоком берите готовые сдвоенные модули, а для мастерской и коридора этого прибора хватает с запасом.