Библиотека ШИМ-реле - AlexGyver Technologies

ОБНОВЛЕНИЯ

v1.2 — исправлены мелкие ошибки с совместимостью

ТЕОРИЯ

Иногда требуется управлять мощностью инерционной нагрузки (ИК станция, сетевой обогреватель в комнате/инкубаторе, паяльник), и для этого совсем не хочется использовать высокочастотный ШИМ. В случае питания от сети — делать диммер тоже не очень целесообразно, потому что инерционной нагрузкой можно управлять при помощи низкочастотного ШИМ и обычного твердотельного реле, без создания сложных схем и лишнего усложнения кода проекта детектором нуля. Если опустить частоту ШИМ до 1 Гц, никакого писка мы не услышим (писк слышно в диапазоне 500 Гц — 14 кГц), но нагрузка будет замечательно управляться, особенно если это большой нагревательный элемент. Решил я сделать простенькую библиотеку для генерации программного сверхнизкочастотного ШИМ сигнала.

Сам алгоритм очень прост: обычный таймер на миллис с переменным периодом.

if (millis() - _tmr >= (_flag ? _activePeriod : (_period - _activePeriod))) {
  _tmr = millis();
  _flag = !_flag;
  digitalWrite(_pin, _flag ^ _dir);
}

В этом алгоритме:

_flag — флаг состояния, bool
_tmr — переменная времени, uint32_t
_dir — направление, bool
_pin — пин реле, byte
_period — общий период реле, int
_activePeriod — активный период (длительность импульса), int. Определяется как _period, умноженный на скважность (число от 0.0 до 1.0, соответствует 0-100%)

БИБЛИОТЕКА

PWMrelay v1.2

Встроенный таймер на millis()
- Для работы системы нужно просто почаще вызывать tick()
Установка параметров ШИМ:
- Настройка периода (обратно частоте)
- Настройка длины импульса (скважности) в диапазоне 0-255
- Настройка уровня реле

Поддерживаемые платформы: все Arduino (используются стандартные Wiring-функции)

УСТАНОВКА

Библиотеку можно найти и установить через менеджер библиотек по названию PWMrelay в:
- Arduino IDE (Инструменты/Управлять библиотеками)
- Arduino IDE v2 (вкладка «Library Manager»)
- PlatformIO (PIO Home, вкладка «Libraries»)
Про ручную установку читай здесь

ДОКУМЕНТАЦИЯ

Документация

Создание объекта

Объект регулятора можно создать тремя способами:

PWMrelay имя(пин); - создать с указанием пина реле (цифра номер пина)
PWMrelay имя(пин, уровень); - создать с указанием пина и уровня (уровень HIGH и LOW)
PWMrelay имя(пин, уровень, период); - создать с указанием пина, уровня и периода ШИМ (в миллисекундах)

Настройка параметров

Параметры ШИМ можно настроить по ходу работы в любое время:

setPWM(byte duty); - установка заполнения шим, 0-255 (соответствует 0-100%)
setPeriod(int period); - установка периода ШИМ в миллисекундах. 1000 соответствует 1 Гц и так далее
setLevel(bool level); - установка уровня реле, HIGH и LOW

Тик

Метод tick(); осуществляет все расчёты времени по встроенному таймеру и сам включает/выключает реле, достаточно просто вызывать его в основном цикле loop. Если в лупе у вас замкнутые места или задержки, tick() можно поместить в прерывание таймера. Период прерываний нет смысла ставить чаще, чем период ШИМ-реле, делённый на 255.

Список функций

PWMrelay(byte pin, bool dir, int period);    // пин, уровень реле HIGH/LOW, период
void tick();                                 // тик, вызывать как можно чаще, сам управляет реле
void setPWM(byte duty);                      // установить величину ШИМ, 0-255. При значении 0 и 255 тик неактивен!
byte getPWM();                               // возвращает величину ШИМ
void setPeriod(int period);                  // установить период ШИМ в миллисек. (по умолч. 1000мс == 1с)
int getPeriod();                             // получить период
void setLevel(bool level);                   // установить установить уровень реле (HIGH/LOW)

ПРИМЕРЫ

Остальные примеры смотри в папке examples библиотеки, также примеры можно открыть из Arduino IDE/Файл/Примеры

Демо - все возможности библиотеки с комментариями

#include "PWMrelay.h"
PWMrelay relay(13); // реле на 13 пине

// или так
// PWMrelay relay(13, HIGH); // реле высокого уровня на 13 пине
// PWMrelay relay(13, HIGH, 2000); // реле высокого уровня на 13 пине, период 2 секунды

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  relay.setLevel(HIGH);   // можно поменять уровень реле (HIGH/LOW)
  
  relay.setPeriod(1000);  // можно поменять период, миллисекунды

  relay.setPWM(20);       // задаём сигнал ШИМ 0-255
}

void loop() {
  // вызываем в лупе, данная функция сама управляет реле
  relay.tick();   
}

Несколько ШИМ-реле

#include "PWMrelay.h"
PWMrelay heater1(4);
PWMrelay heater2(5);

void setup() {
  heater1.setPWM(20);       // задаём сигнал ШИМ 0-255
  heater2.setPWM(120);       // задаём сигнал ШИМ 0-255
}

void loop() {
  heater1.tick();
  heater2.tick();
}