Свет по расписанию: включение на закате

Курятник на шесть кур я утеплил за выходные, а со светом промучился весь декабрь. Несушкам нужен световой день около четырнадцати часов — при таком ритме они продолжают нестись и зимой. Декабрьское солнце в средней полосе встаёт около половины девятого и садится около четырёх, то есть даёт часов семь — половину нормы приходится добирать лампой. Я повесил лампочку через реле-модуль и первое время включал её руками по дороге на работу. Ровно до того дня, когда уехал на сутки: вернулся к тишине в сарае и злым курам.

Тогда я решил сделать «по-умному» и повесил у окна сарая фоторезистор: темно — включай. За неделю я собрал коллекцию глюков. Фары машин, разворачивающихся напротив сарая, включали свет среди ночи. Пасмурный полдень горел как вечер. А в ясный декабрьский день лампа зажигалась в честные четыре часа — и я всё равно вручную следил, не соврало ли. Датчик отвечал на вопрос «темно ли сейчас», а мне нужен был ответ на вопрос «положено ли гореть по расписанию».

Лечится это часами реального времени и окном: включать от часа X до часа Y. DS3231 помнит время без питания, за точность у меня отвечает уже установленный модуль — как его подключить и завести, разобрано в уроке про часы DS3231, а сам модуль реле с его контактами и клеммами я раскладывал по винтикам отдельно. Осталось соединить: время на входе, реле на выходе, логика окна посередине.

Второй случай того же сорта стоял у приятеля в аквариуме: живым растениям нужно десять часов света в сутки, пересвет обрастает водорослями, недосвет — бурым налётом. Расписание там даже строже, чем в курятнике: окно 10:00–20:00, семь дней в неделю, и руки к выключателю прилагать нельзя. Формула одна и та же — и дальше в уроке я буду держать в голове именно её: окно в минутах суток, реле на выходе, флаг на границе.

Логика окна — это два сравнения, если заранее перевести момент в одну шкалу. У меня работает минута суток: now.hour() умножить на шестьдесят и прибавить now.minute() — получится число от 0 до 1439. Семь вечера — это 1140, половина пятого утра — 270. Границы окна становятся такими же числами: 16:00 — это 960, 22:30 — это 1350. Дальше элементарно: гореть положено, если минута суток не меньше начала и меньше конца. Три вложенных if по часам и минутам, которыми грешат первые скетчи, схлопываются в одну строку — поля объекта я разбирал в уроке про DateTime, здесь беру их как готовые.

Ловушка прячется в окнах через полночь. Для курятника хватает вечернего окна, а вот дежурная подсветка теплицы горит с 22:00 до 6:00 — и условие m >= 1320 && m < 360 не срабатывает никогда: минута суток не может быть одновременно больше 1320 и меньше 360. Я сам просидел над этим вечер, проверяя реле на столе, где оно работало, — а на границе суток молчало. Правило простое: если начало больше конца, окно заворачивается через ноль, и условие разворачивается на ИЛИ — m >= начала ИЛИ m < конца. Проверяйте такое окно в трёх точках: 23:59, 00:01 и полдень.

Типовой скетч с форумов заводит две переменные — час включения и час выключения — и сравнивает только now.hour(). Это тот же приём в упрощении: шаг в целый час, без минут. Мне минутная шкала нравится больше: досветку удобно сдвигать на полчаса без переписывания логики, а цена — одно умножение.

Окно отвечает на вопрос «гореть или нет», но на границе нужно действие один раз, а не каждую секунду. Без флага скетч честно держит реле включённым — digitalWrite одного и того же значения щелчка не даёт, — но момент перехода вы не увидите: ни строки в журнал, ни гудка, ни письма. Флаг решает это за четыре строки: заводим переменную svet, и только когда решение расходится с флагом, делаем действие и запоминаем его. Вошли в окно — один раз щёлкнули реле и напечатали строку. Вышли — один раз погасили.

Такой паттерн называется «по фронту», и он же спасает от спама: без флага печать состояния в loop() каждую секунду засоряет журнал сотнями одинаковых строк, а с флагом в нём остаются только события. Для датчиков тот же приём приходится усиливать гистерезисом — температура дрожит у порога, и реле трещит; я разбирал это на термостате. У окна по часам гистерезис не нужен: время не дрожит, DS3231 не мечется между 16:59 и 17:00. Единственная защита, которую я всё же оставляю, — проверка lostPower() в шапке: после пропажи питания флаг svet обнуляется, и скетч при входе в активное окно щёлкнет реле заново. Порядок шапки с begin и adjust — в уроке про установку RTClib и первый скетч.

Про само реле пара чисел. Катушка типового модуля с оптопарой берёт около 70 мА при 5 В — вместе с платой это на грани лимита USB-порта в 500 мА, поэтому я подаю питание на модуль от отдельного источника, а не с пина 5V. Твердотельное реле (SSR) во вход ест единицы миллиампер, щёлкает молча и не изнашивается — механическое реле рассчитано на порядка ста тысяч переключений, и ежедневные два щелчка растянут его на десятки лет, но в логгере на сотни событий в день я бы уже брал SSR.

Сосед формулировал задачу как «чтобы на закате». Проблема в том, что закат плывёт: в средней полосе он уезжает с примерно 15:50 в декабре до примерно 21:20 в июне — почти шесть часов за полгода. Фиксированное окно повторяет закат честно только в один сезон; моё окно 16:00–22:00 идеально ложится на декабрь и превращается в бессмысленное в июне, когда закат наступает на пятом часу после него. Для курятника это даже к лучшему: несушкам нужен именно световой день заданной длины, а не астрономия.

Если нужен именно закат, у меня два рабочих варианта с разными ценами. Первый — фоторезистор, но с гистерезисом и задержкой: включать не по мгновенной темноте, а когда темно уже минут пять, иначе фары и туча будут дёргать реле. Второй — таблица заката на год, зашитая массивом или в энергонезависимую память: примерно раз в месяц своё значение, честный закат без датчика. Для уличного фонаря, который должен гореть при любой погоде, я ставлю фотодатчик; для расписания — часы. Светильник по присутствию людей — совсем другой принцип, он разобран рядом с датчиком движения. Границы окна удобно править без перепрошивки: положить их в EEPROM и менять с монитора — приём из урока про первые настройки в энергонезависимой памяти.

Окно — самый частый бытовой случай, но почти в каждом проекте за ним следом идёт вопрос «а сколько прошло между событиями» и «а что было раньше»: журнал переходов реле, интервалы поливов, время от старта до готовности. Для этого у RTClib есть второй слой — сравнение моментов и разности unix-времени; он разобран в соседнем уроке про сравнение DateTime и хронологию. А когда захочется не окно, а длительность — «держать свет три часа после заката» — со сдвигами момента справляется TimeSpan, до него черёд дойдёт следом.