Стоп по датчику: концевик на D2 и границы хода

Лифт столика для микросъёмки прожил три дня и однажды утром не доехал вниз. Причина выяснилась быстро и дорого: очередной сценарий из очереди попросил на два шага больше, чем позволяла направляющая, и каретка ночь упиралась валом в заглушку — ULN2003 честно давил обмотками, счёт позиции оставался в норме, а пластиковая шестерня редуктора получила люфт, который слышен до сих пор. Сценарий был бы безупречен на бумаге. Механизму без датчика на границе я с тех пор не доверяю, даже собственному коду.

Концевик — это стоп-кран: механический контакт, который замыкается раньше, чем вал дойдёт до жёсткого упора. Ставят его на обе границы длинных ходов или хотя бы на опасную; в уроке про homing тот же датчик работает поиском нуля при старте, здесь задача другая — прервать движение, которое программа посчитала легальным. Слои защиты у нас уже есть — программный лимит из урока про лимиты хода ловит промахи сценария, — но сбой питания, подгоревший контакт или чужая рука с кнопкой «поехали» ловит только физический датчик.

Здесь соберём полную цепочку: концевик между D2 и GND с внутренней подтяжкой, проверка после каждой порции шагов, мгновенное обесточивание обмоток, тревожный LED и автоматический отъезд от границы до выхода из зоны срабатывания. Плюс два вопроса, на которых ломаются половины самодельных концевиков: сколько времени мотор проезжает после нажатия и что делать с дребезгом контакта.

Проводка простейшая: одна нога концевика на D2, вторая на GND, pinMode(2, INPUT_PULLUP). Внутренняя подтяжка примерно 20-50 кОм держит пин в HIGH, замыкание контакта тянет его в LOW — и vice versa: разомкнутый контакт читается как HIGH, замкнутый как LOW. Подтяжку к питанию внешним резистором на 10 кОм я ставлю только на длинных линиях за пределами корпуса: в метре провода наводок обычно не хватает, чтобы перевернуть подтянутый пин, а вот болтающийся вход без подтяжки читает погоду — это первое, что проверяю, когда «концевик срабатывает сам».

Проверка датчика вписывается в порционный цикл из первого урока почти без правок: сделал step(4) — спросил у D2, не LOW ли он — и только потом запланировал следующую порцию. Вопрос, который все забывают: сколько мотор проедет после нажатия? Ответ: максимум одна порция. При 10 RPM четыре шага — это около 12 миллисекунд, на таких скоростях инерция ротора с редуктором съедается за ту же порцию. Отсюда правило монтажа: концевик ставится с запасом два-три миллиметра до жёсткого упора — торможение должно закончиться в мягкой зоне, а не в стене. На быстрых осях с NEMA 17 арифметика другая: там порции короче по времени, но скорость выше, и тормозной путь считается отдельно.

Почему не прерывание? Вариант с attachInterrupt честно существует и разобран в уроке про прерывания, но для шаговика он избыточен: прерывание обещает реакцию за микросекунды, а мотор всё равно остановится не раньше конца текущей порции — 10-15 миллисекунд. Опрос между порциями даёт ту же задержку без возни с атомарностью переменных. Прерывание оправдано, когда порции большие или ось быстрая: там разница между 15 мс опроса и мгновенным флагом — это уже сантиметры пути.

Сам стоп — половина дела. Первое, что я делаю после срабатывания, — обнуляю четыре сигнальных пина через digitalWrite: ток удержания около 240 мА перестаёт греть мотор, и каретка не давит на заглушку мёртвой обмоткой, пока вы идёте за отвёрткой. Приём тот же, что в уроке про отключение катушек, с одной поправкой: вал теряет магнитную фиксацию, поэтому отъезд должен начаться до того, как механизм утянет каретку назад пружиной или грузом — у меня на вертикальном лифте между стопом и отъездом стоит реле тормоза, и без него каретка сползала на пол-оборота.

Отъезд — обязательный жест вежливости к датчику: мотор уходит назад, пока концевик не отпустит и позиция не вернётся к нулю. У оптических концевиков зона срабатывания короткая, у кнопочных контакт возвращается сразу, но уходить я всё равно советую до нуля, а не «до отпускания»: счёт позиции получает якорь, и накопленный за сессию дрейф обнуляется — тот же репер, о котором шла речь в уроке про точное позиционирование. Только после выхода из зоны срабатывания имеет смысл снова разрешать ход вперёд: повторное нажатие в зоне даёт повторный стоп, и сценарий зациклится.

Дребезг контакта — последняя мелочь, способная испортить картину. Механическая пара пружинит: после первого замыкания контакт отскакивает, и «нажатие» выглядит как серия импульсов на 10-20 миллисекунд. В нашей логике это безвредно — повторный LOW в состоянии «стоит» ничего не перезапускает, — но журнал в мониторе замусоривается тройными сообщениями, а если на стоп завязан счётчик аварий, цифры врут. Лечение — фильтр временем: реакция не раньше, чем LOW продержится 40 мс, тот же приём, что в уроке про дребезг кнопок. Вместо кнопочного концевика на улице я давно ставлю геркон с магнитом: контакт не видит влаги и не дребезжит заметно сильнее.

Кнопка на D2 играет роль концевика: нажатие — контакт замкнулся на землю, отпускание — контакт вернулся. Мотор стартует с нуля и едет вперёд порциями; потенциометр на A0 задаёт RPM от 5 до 12. Когда вы зажмёте кнопку, автомат перейдёт в состояние стопа: LED на D12 загорится, Serial напечатает позицию в шагах и градусах, обмотки обесточатся.

Отпустите кнопку — автомат отъедет назад до нулевой позиции, снова снимет ток с обмоток и погасит LED. Дальше можно запускать новый заход. Отдельно попробуйте заход без вашего участия: мотор доедет до софт-лимита в 1024 шага и остановится сам — это и есть первая линия обороны, сработавшая раньше физического датчика.

Три урока сложились в одну лестницу: планировщик дал мотору соседей по loop(), очередь дала мотору сценарий, концевик дал сценарию границы. Дальше по маршруту раздела — AccelStepper с разгоном и драйверы с микрошагом, где та же логика живёт внутри библиотеки на скорости под сотню RPM. А пока закрепите последний скетч на настоящей плате: концевик за копейки и полчаса проводки стоят дешевле любой шестерни, которую вы потом не найдёте в продаже.