Шлагбаум на дальномере: два порога, тайм-аут и цикл без delay

Второй шлагбаум я делал для въезда в гараж, где стрела стоит вплотную к стене, и PIR-датчик из первой версии был обречён: его конус цеплял стену и полку с вёдрами, и стрела поднималась на каждую кошку в радиусе шести метров. Замена напрашивалась сама — дальномер HC-SR04, который меряет честную дистанцию до борта машины. Порог «ближе двадцати сантиметров — поднимать» я написал за десять минут, и до утра всё выглядело идеально. А утром машина остановилась ровно на границе: показания прыгали через порог туда-сюда, и стрела ходила как качели, пока водитель не доехал наконец до конца.

У урока про шлагбаум на PIR-датчике другой триггер: там датчик докладывает движение, а таймер тишины решает, когда опустить стрелу. Здесь сцена другая — въезд в стену, где вопрос звучит не «кто-то движется?», а «объект у стрелы и когда он ушёл?». Ответ на него лежит не в одном пороге, а в двух, и это главный сюжет урока.

Соберём сценарий целиком: два порога дистанции, тайм-аут опускания на случай залипшего датчика и автомат из четырёх состояний, в котором нет ни одного delay. В симуляторе ниже машину изображает ползунок препятствия — вся механика сценария видна вживую.

Почему машина на границе ломает сценарий: показания дальномера никогда не стоят на месте. Капот отражает звук под углом, сквозняк гонит пыль, сам модуль шумит на единицу-две сантиметра — у моего стенда показания на неподвижном препятствии гуляли в пределах пары сантиметров. Порог один, и каждое колебание 19–21 см пересекает его: сначала «ближе — поднять», через секунду «дальше — опустить», и стрела отрабатывает обе команды. Датчик честен, сценарий — нет: он спросил у аналоговой величины цифровой вопрос.

Лечится разносом порогов, и приём ровно тот же, что в уроке про гистерезис для ручки, только роль другая. Там мёртвая зона в три единицы АЦП плавала вокруг текущего положения — серво не ехала на мелочи, но ехала куда угодно дальше. Здесь два фиксированных порога, прибитых к сцене: подъём при дистанции меньше 20 см, опускание при больше 35. Вся зона между ними означает «держим как было» — ни одна дрожь показаний не переведёт стрелу сама.

Числа я выбрал не на глаз. Дрожь показаний в 1–2 см разнос в 15 см перекрывает с семикратным запасом; слепая зона модуля начинается от двух-трёх сантиметров, поэтому нижний порог не имеет смысла ближе десяти; а габарит машины от капота до лобового — метр с лишним, так что зона между порогами меньше самой машины: она не может «жить» внутри неё. Пороги подбираются под место за один прогон, о способе — в конце урока.

Пройдём по решениям. Замер выполняется раз в 60 мс по собственному таймеру, а не в каждом проходе: у эха с таймаутом 25 мкс на сантиметр дальний пустой двор — это миллисекунды ожидания, и десяток замеров в секунду хватает с огромным запасом для машины, которая ползёт со скоростью пешехода. Читаться датчик чаще не мешает, но и не помогает: дребезг на границе лечится не частотой опроса, а разносом порогов.

Показание -1 — правило для любого асинхронного входа из PIR-урока: не верю — держу как было. Эхо могло уйти в сторону от наклонённого капота, капля могла повиснуть на излучателе — сценарий не обязан угадывать, он обязан сохранять состояние. О том, почему ноль от pulseIn нельзя трактовать как нуль сантиметров, — отдельная заметка ниже, это моя любимая грабля этого проекта.

Тайминг цикла считается от механики. SG90 проходит 90 градусов за 0,15 секунды — урок про скорость серво давал 0,1 с на 60°, — поэтому пауза хода 600 мс держит четырёхкратный запас даже для залежавшегося экземпляра с задубевшей смазкой. Полный пустой цикл «поднялся и опустился» — 1,2 секунды; водителю проще отсчитать его по стреле, чем по секундомеру. Углы 20 и 110 — те же, что в PIR-версии: стрела на верхнем положении уходит из зоны обзора датчика, чтобы не измерять саму себя.

Механику эха я сжал в функцию zamer(): триг 10 мкс, pulseIn с таймаутом, деление на 58. Откуда берутся эти 58 микросекунд на сантиметр и почему эхо дрожит — разбор в уроке про HC-SR04 и pulseIn; для сценария важна одна строка: таймаут обязателен, иначе пустой двор замораживает loop на целую секунду. Замер раз в 60 мс занимает доли этого окна, и кооперативный цикл здесь соблюдён без усилий: единственная длинная операция — печать в Serial — спрятана за секундным таймером и не мешает ни датчику, ни автомату.

Тайм-аут опускания — страховка от датчика, который врёт в сторону «вижу». Капля смолы, паутинка, снег на рупоре — и показания застревают на пятнадцати сантиметрах навсегда: машина уехала, а стрела стоит. Условие now - tOpen >= MAX_OPEN_MS насильно переводит сценарий в спуск с честной записью в лог: на моём тестовом стенде тайм-аут 12 с, на живом въезде его растягивают до 30–60 секунд, чтобы не опустить стрелу перед медленным трактором. Принцип важнее числа: ни один вход не пользуется доверием вечно.

На реальном въезде дальномер ставится перпендикулярно направлению движения, на высоте 25–40 см — конус модуля узкий, градусов пятнадцать, и монтажный угол решает больше, чем прошивка. Конус, направленный вдоль стены, вернёт эхо от неё вместо машины; поверните рупор поперёк въезда — и сценарий станет измерять именно то, зачем его ставили.

В симуляторе датчик идеален: показания стоят как вкопанные, и может показаться, что два порога — перестраховка. На живой плате разница видна в первый же день: эхо от бампера плывёт на пару сантиметров, и однопороговая версия начинает своё качание. Заодно оцените темп: полный цикл с тайм-аутом занимает двенадцать с половиной секунд симуляторного времени — лог в Serial печатает каждую секунду состояние и дистанцию, по нему удобно следить за переходами.

И про грязь, о которой забыли все инструкции: капли воды на излучателе ломают показания наглухо — эхо отражается от капли в паре сантиметров, и датчик уверенно «видит» её вместо машины. Мой гаражный вариант живёт под козырьком из пластикового уголка, снимаемым для протирки: десять секунд обслуживания в месяц против сценария, в котором дальномер докладывает о стоящей капле круглые сутки.

Ручной режим стоит одной ветки: кнопка-дублёр на свободном цифровом пине поднимает стрелу тем же переходом в подъём, что и датчик, — для протирки козырька или визита без машины. Датчик при этом продолжает мерить, и приоритет остаётся за сценарной логикой: кнопка лишь добавляет заказ, а не перехватывает автомат целиком. Заодно оцените запас углов: 20 и 110 совпадают с границами из урока про упоры и constrain не случайно — отход от крайних положений на десяток градусов общая привычка для всех серво-механизмов, от стрелки до заслонки сортировщика.