Ворота с концевиком: серво подтверждает закрытие и ловит таймаут

Створку ворот во двор я перевёл на серво осенью: лёгкая створка, тяга из стальной проволоки, SG90 на кронштейне. Скетч писал write(20), диод «закрыто» зажигался, и месяц всё выглядел безупречно — пока однажды утром я не нашёл створку приоткрытой. Тяга соскочила с качалки ещё вечером, и всё это время плата честно считала ворота закрытыми: команда отправлена, диод горит, отчётность сходится. Никто её не обманывал — она и не спрашивала у механики, чем всё кончилось.

Ставка тут не эстетическая. Эти ворота держали двор от соседской собаки, заходившей по ночам проверять мусорку; сутки открытой створки — это разгромленный мешок с кормом и отпечатки всей этой истории на утренней плитке. С тех пор я формулирую требование жёстче: «написал угол» и «ворота закрыты» — разные утверждения, и второе нужно чем-то подтвердить. Разница между ними стоит один концевик и вечер работы, а не вторую серво и переделку механизма, как кажется издалека.

Вот тут и живёт главная привычка этого урока: write() — приказ, а не отчёт. Библиотека не возвращает «доехала» и не умеет спрашивать створку, где та стоит. Разрыв тяги, севший винт качалки, ветка в направляющей — электрически всё исполнено, механически ничего не случилось. Барьер на дальномере мы собирали в уроке про шлагбаум с двумя порогами, и там тайм-аут страховал сенсор; здесь ниже — второй этаж той же мысли: концевик, который подтверждает физическое состояние, и тайм-аут, который ловит всё, что подтверждения не дождалось.

Разберём, куда лепить концевик и как его читать, соберём конечный автомат из пяти фаз с тайм-аутом на millis, а в конце — про повторные попытки и честную тревогу. Автоматы на именованных состояниях я подробно раскладывал на светофоре в уроке про конечный автомат — здесь та же машина, только ввод у неё не таймер, а железо.

Концевик — кнопка, на которую давит не палец, а сама створка. В закрытом положении кулачок на качалке (или крюк защёлки) нажимает на рычажок, контакт замыкается, и плата впервые за весь цикл получает факт, а не мнение скетча. Читается он как обычная кнопка: пин на INPUT_PULLUP, контакт между пином и землёй, нажат — LOW. Я ставлю копеечные рычажные из старых принтеров и микроволновок: у них длинный рычаг прощает неточность установки на пару миллиметров, чего миниатюрным тумблерам не хватает.

Дребезг контакта здесь лечится тем же способом, что и у кнопки под пальцем, — в уроке про анти-дребезг разобраны все приёмы, мне хватает простого окна в 30 мс. А вот выбор контакта — уже политика. Нормально открытый (НО) замыкается у стены и молчит в остальное время. Нормально закрытый (НЗ) у стены размыкается — и обрыв провода выглядит как «ворота не закрыты», то есть как тревога, а не как тишина. Для ворот за двести метров от розетки я беру НЗ: провод перегрызла собака, коннект выскочил из макетки — автомат это увидит и скажет вслух.

Кулачок на качалке настраивается винтом, и я всегда оставляю створке три-пять градусов запаса до физического упора: концевик должен щёлкать чуть раньше, чем механизм упрётся. Серво, дожимающая створку об раму каждую ночь, работает на стопорном токе — об этом у меня отдельный счёт в уроке про пик тока и сброс платы.

Уличная эксплуатация добавляет контактам две заботы. Первая — влага: рычажный концевик живёт в герметичной коробке со степенью защиты от IP54, а контакты раз в сезон получают каплю контактной смазки — без неё за два года окисление съедает щелчок, и автомат честно рапортует о сбое при закрытых воротах. Вторая — длина линии: на двух метрах макетного провода всё работает, на десяти метрах улицы я тяну витую пару и ставлю керамику 100 нФ прямо на клеммы концевика — без неё наводка от рядом лежащей силовой линии читается как щелчок, и ворота открываются сами.

В симуляторе концевик играет кнопка: физический концевик остаётся замкнутым, пока створка у стены, поэтому кнопку держите, а не щёлкайте. Не нажали вовремя — увидите sboj в мониторе, мигающий диод и попытку номер два через десять секунд; три неудачи подряд оставляют ворота в аварии до вашего вмешательства, и это осознанное решение: лучше стоящие приоткрытыми ворота, чем серво, давящая на сорванную тягу до третьего часа ночи.

Числа тайм-аута не с потолка. Полный ход у меня 90 градусов при тике 12 мс — это 1,08 секунды; тайм-аут в четыре секунды даёт запас почти вчетверо на подгнившую тягу и холодную смазку, но всё ещё не даёт серво давить на заклинивший механизм дольше пары секунд с запасом. Ставить двадцать секунд я не советую ни для SG90, ни для MG996R: весь этот период серво либо ест стопорный ток, либо греется на удержании — цену обоих режимов я считал в уроке про ток удержания. Весь цикл выше держится на двух таймерах millis и ни разу не засыпает — каркас тот же, что в уроке про millis вместо delay.

Отдельный нюанс фронта: digitalRead ловит уровень, а автомат должен отвечать на состояние фазы. В фазе ZAKRYVAEM уровень «нажат» — ровно то, что нужно; в ZAKRYTO тот же уровень просто подтверждает покой. Если захотите реагировать на событие «щёлкнул», а не на уровень, — это ловля фронта: запоминаем прошлое состояние и сравниваем с ним на каждом проходе, сама по себе миниатюрный автомат из двух состояний.

Отладку я веду по Serial и на столе. Печатайте смены фаз: строка faza=zakryvaem после каждого перехода превращает непонятное поведение в читаемую хронику. Пока автомат не прогнан на столе десять циклов подряд — включая два искусственных сбоя, когда кнопка-концевик просто не нажата, — на ворота его не ставлю. И сезонная поправка к тайм-ауту: летом ход 90° занимает 1,1 секунды, при минус десяти густая смазка растягивает его до полутора-двух; тайм-аут, посчитанный впритык по летнему столу, зимой начнёт ловить сбои на исправных воротах. Мои четыре секунды считались по зимнему двору — летом они просто прощают лишнее.

Углы ZAKR и OTKR я настраиваю без перепрошивки: команды u и d в мониторе двигают текущий угол по градусу, команда s печатает оба рабочих числа — едешь к воротам с ноутбуком, ловишь момент щелчка глазами и записываешь готовые углы. Пять минут на месте экономят вечер пересборки, а заодно проверяется и сам концевик: если при ручном дожиме до щелчка sboj не появляется — контакт уже щёлкает, а автомат его не видит, и дело в проводе или пине, а не в механике.

Повторная попытка — не перестраховка, а реальный случай: ветка попала в направляющую, первый заход её вытолкнул, второй закрыл ворота. Я ограничиваю счётчик двумя повторами, потому что третий подряд уже не про механику, а про мою невнимательность: разрыв тяги концевик не вылечит. После исчерпания попыток автомат уходит в SBOL и мигает диодом — на реальных воротах сюда просится зуммер или уведомление, но логика останется той же.

Мой чек-лист на вырост: счётчик попыток и состояние фазы стоят памяти — два байта; если тревогу нужно пережить перезапуск питания, их место в EEPROM, а как считать записи бережно — предмет следующего урока. Второй этаж — ручной сброс: в фазе SBOL команда r из монитора возвращает автомат к ZAKRYTO, но только после того, как причина устранена руками; тревога, снимающаяся сама через минуту, учит игнорировать тревоги. Третий этаж — датчик снаружи вдобавок к концевику: пара «сенсор во дворе плюс концевик на створке» закрывает и чужую машину, и сорванную тягу — я ставлю её всегда, когда ворота дороже серво.

И стыковка с расписанием: утренняя створка курятника выходит по будильнику RTC-модуля, вечерняя — по тайм-ауту этого урока, и ни одна новая ветка автомата не понадобится. Как будить плату аппаратным будильником часов, я разбирал в уроке про RTC-будильник — концевик в этой связке остаётся судьёй: расписание приказывает, механика подтверждает.