PCB Mini nyomógomb, 6x6x5 mm, 2 láb, alaphelyzetben nyitott, 12V 50mA

Ez a bemutató az Arduino Uno R3 lapot használja, mert a 2 lábú gomb önmagában nem tud működni. Zárja vagy nyitja az áramkört, a mikrovezérlőnek pedig olvasnia kell ennek az érintkezőnek az állapotát. A PCB Mini 6x6x5 mm érintőgomb egy normál nyitott SPST kapcsoló, két lábbal lyukas szerelésre vagy próbapanelre. Projektekben indításra, újraindításra, üzemmód kiválasztására, beállítás megerősítésére vagy egy funkció kézi vezérlésére fogjátok használni.

Hogyan működik:

Nyugalmi állapotban a gomb két lába nincs összekötve. Ha megnyomják a kupakot, egy belső fémes érintkező elektromosan összeköti őket, és amíg nyomva tartják, az áram átfolyhat az egyik lábtól a másikig. Elengedéskor egy rugó visszaállítja az érintkezőt nyitott helyzetbe. A lábaknak nincs polaritásuk, így bármelyik láb bármelyik két csatlakozáshoz köthető.

Egy lezáratlanul hagyott nyitott érintkező nem ad biztos logikai értéket, az Arduino pin pedig zajt olvasna. Ezért a ATmega328P mikrovezérlő belső pull-up ellenállását használjuk, amelyet a pinMode(2, INPUT_PULLUP) hívással aktiválunk. Ez a körülbelül 20 - 50 kohm-os ellenállás a D2 pint 5 V felé húzza. Ha a gomb nincs megnyomva, a pin HIGH értéket olvas. Megnyomáskor a gomb összeköti a D2 pint a GND-vel, és a pin LOW értéket olvas. A logika tehát fordított: megnyomva LOW-t jelent.

A gombon átfolyó áram nagyon kicsi. 5 V-nál és 20 kohm-os belső ellenállásnál legfeljebb 5 V / 20 kohm = 0.25 mA folyik, ami messze alatta van az ilyen típusú érintőgombok 12 V DC-re megadott 50 mA-es határának.

A fémes érintkezők nem zárnak tisztán, hanem néhány milliszekundumig rezegnek (ez a pattogás, angolul bounce). Védelem nélkül egyetlen megnyomás több megnyomásnak látszhat. A tutorial programja figyelmen kívül hagyja a 30 ms-nál rövidebb változásokat, ez elegendő a kis érintőgombokhoz.

Csatlakoztatás:

Az Arduino Uno R3-at az USB A-B kábelen keresztül, a számítógépről tápláljuk 5 V-on. Nincs szükség külső ellenállásra, szintillesztőre vagy más tápforrásra. Ne kössétek a gombot 5 V-ra vagy 3.3 V-ra, csak a D2 pinre és a GND-re. Ha próbapanelt használtok, úgy helyezzétek el a gombot, hogy a két láb különböző sorokban legyen.

Az 1 és 2 számok csak címkék a kapcsolási rajzon, a gombon a lábak nincsenek megjelölve, és tetszőleges sorrendben használhatók.

Gombok, beállítások és jelzők:

A gombon nincsenek potenciométerek, jumperek vagy állító kapcsolók. Kiindulási állapot a nem nyomott gomb, a L LED kialudva és a D2 pin HIGH-on.

A működés ellenőrzéséhez nyomjátok meg a gombot. A lapon lévő L LED-nek azonnal fel kell gyulladnia, a soros monitornak pedig egy megnyomás üzenetet kell kiírnia. Elengedéskor a LED kialszik, és egy elengedés üzenet jelenik meg.

A rövid és a hosszú megnyomásnak ebben a programban nincs eltérő jelentése, a gomb csak valós időben jelzi az állapotát.

Lap és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben a Tools > Board menüben válasszátok ki az Arduino Uno lapot az Arduino AVR Boards csomagból. Ez a csomag az Arduino IDE-vel együtt települ, ha hiányzik, telepítsétek a Boards Managerből. A Tools > Port menüben válasszátok ki a lap COM portját.

A program csak az Arduino alapfunkcióit használja, ezért nem kell könyvtárat telepíteni.

A kód:

A program figyeli a D2 pinen lévő gombot, szűri az érintkezők rezgését, az L LED-et a gomb nyomva tartásának idejére meggyújtja, és számolja a megnyomásokat.

/*
  Board: Arduino Uno (Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno)
  Libraries: none needed, only the core Arduino functions are used
  Wiring:
    Button pin 1 -> GND (the GND pin next to AREF)
    Button pin 2 -> D2
  The internal pull-up resistor is used, so no external resistor is needed.
*/
const uint8_t BUTTON_PIN = 2;               // Digital pin connected to the button
const uint8_t LED_PIN = 13;                 // Built-in LED "L" on the Arduino Uno
const unsigned long DEBOUNCE_MS = 30;       // Time a new state must stay stable
int lastReading = HIGH;                     // Last raw reading of the button pin
int stableState = HIGH;                     // Last confirmed (debounced) state
unsigned long lastChangeTime = 0;           // Moment of the last raw change
unsigned long pressCount = 0;               // Number of confirmed presses
void setup() {
  Serial.begin(9600);                       // Start the serial monitor at 9600 baud
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);        // Enable the internal pull-up: released = HIGH, pressed = LOW
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);                 // LED pin as output
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);               // Start with the LED off
  Serial.println("Button test started");
  Serial.println("Button on pin D2, internal pull-up enabled");
  Serial.println("Button released (idle)");
}
void loop() {
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);    // Read the raw state of the button
  // If the raw reading changed, restart the debounce timer
  if (reading != lastReading) {
    lastChangeTime = millis();
    lastReading = reading;
  }
  // Accept the new state only if it stayed unchanged longer than DEBOUNCE_MS
  if ((millis() - lastChangeTime) > DEBOUNCE_MS && reading != stableState) {
    stableState = reading;
    if (stableState == LOW) {
      // LOW means the contacts are closed: the button is pressed
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);          // Turn the LED on
      pressCount++;                         // Count the press
      Serial.print("Button PRESSED - LED on - press count: ");
      Serial.println(pressCount);
    } else {
      // HIGH means the contacts are open: the button is released
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);           // Turn the LED off
      Serial.println("Button released - LED off");
    }
  }
}

A kód működése:

Elöl definiáljuk a konstansokat. A BUTTON_PIN a 2-es pin, ahová a gomb csatlakozik, a LED_PIN a lapon lévő L LED 13-as pinje, a DEBOUNCE_MS pedig az a 30 ms idő, amely alatt a változásnak stabilnak kell maradnia ahhoz, hogy elfogadják.

A lastReading és a stableState változók az utolsó nyers olvasatot és az utolsó megerősített állapotot tárolják, mindkettő HIGH-ról indul, vagyis nem nyomott gombról. A lastChangeTime változó az utolsó nyers változás időpontját tárolja, a pressCount pedig a megerősített megnyomásokat számolja.

A setup() függvényben 9600 baud-on elindítjuk a soros monitort, bekapcsoljuk a belső ellenállást a pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP) hívással, a LED_PIN-t kimenetként állítjuk be és lekapcsoljuk, majd kiírjuk az indítóüzeneteket.

A loop() függvényben a digitalRead() függvénnyel olvassuk a pint. Ha a nyers olvasat eltér a lastReading értékétől, a millis() segítségével újraindítjuk az időmérést. Ha az állapot a DEBOUNCE_MS-nél tovább nem változik, és eltér a stableState értékétől, megerősítettnek tekintjük. Ha LOW, meggyújtjuk a LED-et, növeljük a pressCount értékét és kiírjuk a megnyomás számát. Ha HIGH, lekapcsoljuk a LED-et és kiírjuk az elengedés üzenetet.

Eredmény:

Nyissátok meg az Arduino IDE soros monitorját 9600 baud-on. Indításkor megjelennek az indítóüzenetek, majd minden gombmegnyomásra és elengedésre egy-egy üzenet.

Button test started
Button on pin D2, internal pull-up enabled
Button released (idle)
Button PRESSED - LED on - press count: 1
Button released - LED off
Button PRESSED - LED on - press count: 2
Button released - LED off
Button PRESSED - LED on - press count: 3
Button released - LED off

Gyakori problémák:

Semmi nem jelenik meg a soros monitoron. Az ok általában a rossz port vagy a rossz sebesség. Válasszátok ki a helyes portot a Tools > Port menüben, és állítsátok a soros monitort 9600 baud-ra.

A gomb folyamatosan megnyomottnak látszik, vagy nem reagál. Az ok lehet egy láb, amely a D2-től vagy a GND-től eltérő pinre van kötve, vagy a próbapanelen úgy szerelt gomb, amelynek mindkét lába ugyanabban a sorban van, ilyenkor az érintkező rövidzárlatot kap. Helyezzetek át egy lábat másik sorba, és ellenőrizzétek a csatlakozásokat.

Egy megnyomást többször számol a program. Az ok az érintkezők rezgése. Hagyjátok meg a programban a szűrést, és ha a gomb erősen elhasználódott, növeljétek a DEBOUNCE_MS értékét 50 ms-ra.

Az értékek fordítottnak tűnnek. A belső pull-up mellett a nem nyomott gomb HIGH-ot, a megnyomott LOW-t olvas. Ez a normális működés, nem hiba.

Az olvasatok instabilak, ha a vezetékek hosszúak. Az ok a vezetékek által felvett zaj. Rövidítsétek a vezetékeket, és tartsátok a közös földet a legrövidebb úton.

Korlátok és tanácsok:

A gomb érintkezői 12 V DC-t és 50 mA-t bírnak, ezért vezérlőjelekhez valók. Nagyobb terhelésekhez relét vagy tranzisztort vezéreljetek a mikrovezérlőből, ne közvetlenül a gombon keresztül. Ne használjátok a gombot hálózati feszültséghez.

Ugyanezzel a kapcsolással tovább építhettek megnyomásszámlálót, memóriás kapcsolót, amely minden megnyomásra váltja a LED állapotát, többgombos menürendszert, vagy hosszú megnyomás felismerését úgy, hogy a millis() segítségével mérjük, mennyi ideig marad a pin LOW állapotban.