Плавное движение: интерполяция углов без блокировки

Заслонка проветривания в моей теплице двигалась идеально ровно — и именно в эти две секунды скетч переставал видеть мир. Первая версия ехала классикой: цикл for по градусам, delay(15) на каждый шаг. Пока шёл ход, Arduino была занята только паузами: датчик дождя стучал зря, кнопка ручного режима молчала, и раз в несколько дней заслонка ехала, когда ей велел цикл, а не когда требовала погода. Неделю я усиливал фильтры датчика, прежде чем признал: болезнь — блокировка loop(), и паузы тут ни при чём.

Здесь соберём то же плавное движение, но без единого delay: текущий угол, цель и скорость — три переменные, а движение считает тик на millis(). Кнопка назначает цель, серво едет с выбранной скоростью, и всё это время loop() дышит — опрашивает кнопки и датчики между тиками. Шаг по градусу с паузами мы делали в уроке про плавное движение и потенциометр; этот — его неблокирующий наследник. Каркас цикла тот же, что в уроке про millis вместо delay: если он у вас ещё не прошёл, держите его открытым рядом.

Математика движения умещается в три переменные. cur — где вал прямо сейчас, target — куда едем, SPEED — сколько градусов проходим за один тик. Тик — это STEP_MS = 20 мс, отмеряемые millis(), а не delay: в каждом проходе loop() спрашиваем «прошло ли 20 мс», и если да — сдвигаем cur на SPEED в сторону target, не проскакивая его. Один градус за 20 мс — это 50 градусов в секунду: заслонка проходит 140° за 2,8 секунды, глазу это «парадно», а мотору легко.

Скорость меняется одним числом: 2° за тик — 100°/с, 3° за тик — 150°/с. Потолок снизу у интерполяции стоит не в коде, а в кванте: write() принимает целые градусы, поэтому медленнее 50°/с при тике 20 мс не выжать — минимальный шаг уже 1°. Хотите медленнее — растягивайте тик: 1° за 40 мс даёт 25°/с, но на близком расстоянии движение станет заметно лесенкой. Как выйти за этот квант — через writeMicroseconds — скажу ниже, а пока добейтесь уверенности на целых градусах.

Отдельная прелесть схемы — смена цели на лету. Пока вал едет к 160°, кнопка спокойно меняет target на 20°: на следующем тике сравнение cur < target развернёт шаг, и серво плавно повернёт, не доезжая и не откатываясь рывком. Оговорка clamping — «не проскочить цель» — обязательна: без него последний шаг перелетает, и вал дёргается туда-обратно, пока арифметика не угомонится. В скетче эта оговорка занимает по одной строке на каждую ветку, и я советую не выбрасывать её даже ради краткости.

Кнопка на пине 2 с INPUT_PULLUP назначает цель: нажали — target переехал между 20° и 160°. Ловим не «нажата», а «нажата только что» — фронт через lastBtn, без него серво переворачивала бы цель пятьдесят раз в секунду, пока палец на кнопке; механику фронта разбирали в уроке про кнопку и digitalRead. Главное здесь даже не кнопка, а то, что её опрос живёт в одном loop() с движением: каждый проход занимает микросекунды, и между тиками скетч успевает датчики, второй механизм и всё остальное.

В Serial падают пары ang= — лесенка, где каждая ступенька равна одному тику. В Serial Plotter она рисуется наклонной линией с плоскими полками на краях: полка — стоим на цели, наклон — едем. Если наклон вдруг ломается посреди хода, серво упёрлась или питание просело — график подсказывает раньше глаза.

Справедливости ради: write(160) тоже привезёт вал к цели — но на максимальной скорости серво, около 600°/с у SG90: весь ход займёт треть секунды, и вместо движения получится рывок с дребезгом механики. Интерполяция ограничивает скорость: write() получает каждый промежуточный угол, и серво едет так быстро, как вы разрешили. Для заслонок и шлагбаумов линейное движение выглядит правильно. А вот камера-панорама глазу без сглаживания не нравится: там я делаю первые и последние 10–15% пути с шагом вполовину — две строки в коде, а движение оживает. Это вкус, а не правило: начните с линейного, украшайте потом.

Теперь обещанный квант. Если 50°/с много, а лесенка мешает — переходите на writeMicroseconds(): импульс 1000–2000 мкс раскладывается на 180°, один микросекундный шаг — примерно 0,18°, и медленные панорамы выходят гладкими. Я всё же начинаю проекты на целых градусах: пока не проверены питание и механика, дробные градусы прячут глюки, а не лечат их. Сначала устойчивый ход, потом красота.

Про цену тика, чтобы совесть была чиста. Один write() каждые 20 мс — это одна команда в библиотеку, а импульсы на пин она шлёт фоном, силами таймера, — мы разбирали это в уроке про attach, write и detach. Сам цикл интерполяции между тиками не стоит ничего: пара сравнений и одна переменная. Поэтому три серво с независимыми cur и target живут в одном loop() без взаимных обид — просто заведите на каждую свой набор переменных и свой тик.