Парктроник на HC-SR04 и зуммере: ближе — чаще писк

К дальномеру из прошлого урока у меня осталась претензия, которую я сформулировал на второй неделе: числа в мониторе порта хороши, пока у тебя есть свободный глаз. В гараже свободного глаза нет — он в зеркале, а телефон с монитором валяется на капоте и заводит разговор о начале ДТП. У заводских парктроников подсказка звуковая не для красоты: звук читается боковым зрением и ушами, голова остаётся в зеркалах. Задача этого урока — научить дальномер пищать: дальше метра двадцати — молчит, ближе — пикает всё чаще, вплотную — воит сплошным тоном. По дороге разберём две мои поломки первой версии: парктроник на delay() врал на полметра, потому что во время паузы слеп, и орал при каждом включении, ещё до первого замера, — и обе лечатся парой строк, если знать, куда смотреть. Правило, к которому я пришёл на этом проекте: если устройство обязано дёргать внимание человека, занятого глазами, сигнал уходит в звук — индикатор в углу экрана такие задачи не решает.

Сначала дизайн сигнала — он важнее кода, потому что код потом просто исполняет договорённость. Звучать расстояние можно двумя способами: менять частоту тона или менять интервал между писками. Частотная шкала — «выше тон — ближе стена» — красиво выглядит на бумаге, но требует уха, натренированного на эталонах: я с ходу не отличал 1,2 килогерца от 1,8, а гараж — не консерватория. Интервальная шкала телеснее: «пик… пик… пик» с учащением читается без всякой тренировки, а сплошной вой — безусловный «стоп», его не перепутаешь ни с чем. Зоны, которые я теперь повторяю по умолчанию: дальше 120 сантиметров — тишина; от 120 до 20 — писк, интервал которого линейно растёт со сближением от 600 до 90 миллисекунд; ближе 10 — сплошной тон.

Линейное растяжение одного диапазона в другой делает map() — та самая функция, что в уроке про диммер на потенциометре разворачивала 0–1023 в яркость светодиода: map(dist, 20, 120, 90, 600). Сразу следом — constrain(): без него map честно улетает за границы на обоих краях, на дистанции десять сантиметров он отдал бы 39 — ниже пола, на двухстах — две тысячи с лишним, выше потолка. Пара map + constrain — это и есть вся математика парктроника; остальное — дисциплина цикла.

Границы зон я подбирал под свой гараж и потом два года не трогал. Полка тишины на ста двадцати сантиметрах — это длина капота с запасом: дальше неё манёвр ещё можно прекратить простым тормозом, и звук тут только отвлекает. Писк начинается там, где тормоз уже не успевает, а сплошной тон стоит на восьми-десяти сантиметрах — дальше начинается то, чего из зеркал не видно. Для детского велосипеда или тележки в узкий коридор шкалу стоит перевернуть вниз: map() остаётся прежним, меняются четыре числа-границы, и на этом правка заканчивается.

Мой первый парктроник был наивен и честен: замерил, пикнул, уснул. tone(ZUMMER, 2000, 50) — короткий писк на пятьдесят миллисекунд, delay(gap) — пауза из расстояния. Звучало правильно: ближе — delay короче — писк чаще. Врал вот чем: на время паузы скетч слеп. Полсекунды тишины на дистанции за метр — это полсекунды без единого замера, а машина на трёх километрах в час проезжает полметра в секунду: пока скетч спал, расстояние менялось сильнее, чем меняется сигнал. Я заметил это при выезде: парктроник пикнул «далеко», я продолжил выкатываться — и уже по звуку за спиной понял, что сигнал отставал от бампера на корпус. Симптом в журнале тот же, что в уроке про millis: строки идут пачками с дырами по полсекунды — датчик молчит ровно столько, сколько длится delay.

Лечится разлеплением: замер и звук становятся независимыми делами, а скетч не спит вовсе. Опрос идёт на каждом обороте loop с паузой 30 миллисекунд — каждая итерация приносит свежий dist и строку dist= gap= в журнал, дыры исчезают. Писк отложен до millis-гейта: запищим, только если с прошлого писка прошло больше gap миллисекунд. Тот же приём, что в светофоре из урока про конечный автомат: не «сделал и уснул», а «проверил, пора ли». tone(ZUMMER, 2000, 60) хорош тем, что сам затихает: длительность указана третьим аргументом, noTone не нужен. Нужен он в двух других местах — в зоне тишины дальше 120 сантиметров и на выходе из сплошного тона ближе десяти: если из непрерывного тона не выйти явно, зуммер продолжит жить своей жизнью — механику tone() мы разбирали в уроке про зуммер.

Отдельная зона, которую новички забывают, — слепота самого датчика. Если эха нет, pulseIn вернёт ноль, и наивный скетч молча примет это за «далеко». Я считаю это неправдой журнала: слепой датчик должен кричать, поэтому в полной версии ниже нулевой замер раз в секунду даёт низкий писк на 500 герцах — сигнал «меня ослепло, почини мишень». Мнение с границей: если дальномер стоит на роботе, который сам выбирает, куда ехать, эта зона обязательна; в настольном приборчике можно ограничиться печатью dist=-1.

Пара слов о железе звука, чтобы не было сюрпризов на сборке. Пьезо-зуммер из набора новичка — пассивный: ему нужен прямоугольник от tone(), и частотой он управляется честно. Активный зуммер, у которого внутри свой генератор и который пищит от любого HIGH, к парктронику подключить можно — но частотная и интервальная части скетча сведутся к «пищит всегда»: одну ноту он играть обязан. Громкость у обоих фиксированная — слышишь ровно настолько, насколько расчищено отверстие в корпусе; я сверлю четыре миллиметра и не жалею. Пол шкалы в девяносто миллисекунд поставлен не случайно: отдельные вспышки ухо перестаёт различать где-то на десяти-двенадцати в секунду, и трескотня у нижней границы читается ровно как «тормози сейчас». Частоту 2000 герц я выбрал после недели слушания: она звенит громче и противнее низких, а противный здесь — комплимент. Если захочется не писка, а мелодии по зонам — частоты и длительности складываются в массивы, как в уроке про мелодии, только это уже развлечение, а не безопасность.

И проверка сигнала. Пары dist= gap= из полной версии отлично ложатся на плоттер Serial: dist — пила от слайдера препятствия, gap — ступенчатая лесенка, и места, где лесенка упирается в пол 90 и потолок 600, читаются глазами сразу. Мой тестовый маршрут не меняется годами: провести препятствие от 400 до 5 сантиметров и обратно за десять секунд — если лесенка ровная, а вой включился до пятёрки, парктроник готов к корпусу.