第17/31課：如何喺Arduino中斷延遲同光敏電阻LDR | Robojax

喺呢個指南入面，我哋會探討兩個重要嘅Arduino概念：中斷同光敏電阻（LDR）。你會學識點樣中斷你程式碼入面嘅延遲，令你嘅Arduino可以即時回應按鈕撳掣，然後我哋會整一個感光電路，可以喺夜晚自動開蜂鳴器或者燈。呢個項目好適合任何想超越基本閃爍LED程式，開始整有反應、真實世界自動化項目嘅人。你可以運用呢啲技巧嚟整一個走廊嘅智能夜燈、一個門打開時會響嘅簡單防盜警報、一個喺黃昏啟動嘅太陽能花園燈，或者一個太陽落山時會自動關埋嘅窗簾。呢堂課係基於SunFounder 3合1 Arduino套件，但係呢啲概念適用於任何標準Arduino板。

硬件同零件

要跟住呢個項目做，你需要以下零件。一個標準嘅Arduino Uno或者Nano好適合呢個製作。

• Arduino Uno或者Nano
• 光敏電阻（LDR），例如Kweeds KM601
• 10k歐姆電阻
• 按鈕
• 蜂鳴器
• 麵包板同跳線

了解Arduino中斷

喺一個標準嘅Arduino程式入面，loop()函數會不斷運行，逐行執行任務。當你用delay()嘅時候，Arduino會喺嗰段時間停止做任何其他嘢。如果你需要喺另一個任務運行緊嘅時候回應一個重要事件，好似撳掣咁，呢個就係一個問題。例如，如果你用一秒延遲嚟閃爍LED，撳掣可能要等成秒先至被偵測到，感覺上好唔靈敏（喺影片08:13）。

Arduino中斷可以解決呢個問題。中斷係一個硬件功能，容許一個特定引腳「中斷」主程式，暫停佢做緊嘅嘢，然後運行一個叫做中斷服務常式（ISR）嘅特殊函數。咁樣你嘅Arduino就可以即時回應高優先級事件，無論其他嘢做緊乜都得。要注意嘅係，唔係所有引腳都支援中斷。喺Arduino Uno同Nano上面，只有引腳2同3可以用嚟做呢個用途（喺影片02:37）。其他板好似Mega有更多選擇，但係喺呢個項目入面，我哋會用引腳2。

中斷可以由引腳上唔同嘅狀態變化觸發：LOW、CHANGE、RISING同FALLING。CHANGE模式會喺引腳狀態由HIGH變LOW或者LOW變HIGH嘅時候觸發中斷，呢個好適合用嚟做按鈕切換。

接線指南

我哋會喺呢堂課整兩個電路。第一個示範用按鈕同蜂鳴器嘅中斷，第二個用LDR嚟感應光線水平。我哋由中斷電路開始。

電路1：用嚟示範中斷嘅按鈕同蜂鳴器

呢個電路好直接。按鈕連接到引腳2，即係我哋嘅中斷引腳。一個10k歐姆下拉電阻確保當按鈕冇撳嘅時候引腳讀到LOW，撳嘅時候讀到HIGH。蜂鳴器連接到引腳8。

對於中斷示範，跟以下方式連接零件：

• 按鈕：將一隻腳連接到5V，另一隻腳連接到數碼引腳2。由引腳2到GND連接一個10k歐姆電阻。
• 蜂鳴器：將負極連接到GND，正極連接到數碼引腳8。

電路2：用嚟感光嘅LDR同蜂鳴器

對於LDR電路，我哋用一個分壓器配置。LDR嘅電阻會隨光線改變，從而改變模擬引腳嘅電壓。當黑暗嘅時候，LDR有高電阻（大約10k歐姆），當光猛嘅時候，電阻會顯著下降（喺影片16:25）。呢個電阻變化就係我哋量度嘅嘢。

分壓器係必須嘅，因為Arduino只可以讀電壓，唔可以讀電阻。將LDR同一個固定10k歐姆電阻串聯，佢哋之間嗰點嘅電壓會按比例隨LDR嘅電阻變化。呢個電壓跟住被Arduino嘅模擬轉數碼轉換器（ADC）讀取。

對於LDR示範，跟以下方式連接零件：

• LDR：將一隻腳連接到5V，另一隻腳連接到模擬引腳A0。
• 10k歐姆電阻：由連去A0嘅LDR腳向下連接到GND。咁樣就形成分壓器。
• 蜂鳴器：將負極連接到GND，正極連接到數碼引腳8。

注意：確切嘅引腳分配喺程式碼入面定義，可以按你嘅設置更改。

程式碼解釋

我哋會集中睇提供嘅程式碼入面用戶可配置嘅部分，呢啲部分控制項目嘅行為。完整程式可以喺文章下面下載。

程式碼設計成容易修改。喺程式最頂部，你會搵到可以調整嘅主要變數。

const byte buzzerPin = 8;
const byte interruptPin = 2;
volatile byte state = LOW;
int count=0;

呢度，buzzerPin 設定做 pin 8，即係你連接蜂鳴器嘅位置。interruptPin 設定做 pin 2，即係用嚟監聽按鈕按下嘅引腳。state 變數係一個 volatile byte，用嚟保存蜂鳴器嘅當前狀態（HIGH 或者 LOW）。佢標記做 volatile 係因為佢會喺中斷服務常式（ISR）入面被修改，而呢個關鍵字確保 Arduino 永遠讀取最新嘅值。count 變數係一個簡單嘅計數器，會喺主迴圈入面遞增，用嚟示範當 interrupt 啟動時，主迴圈仍然喺度運行。

喺 setup() 函數入面，蜂鳴器引腳設定做 OUTPUT，而 interrupt 引腳設定做 INPUT。最關鍵嘅一行係 attachInterrupt()，即係你配置 interrupt 嘅地方。呢個函數話畀 Arduino 知要監視邊個引腳、當 interrupt 發生時要呼叫邊個函數，以及用咩觸發條件。

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), noisy, CHANGE);

呢一行將一個 interrupt 附加到指定嘅引腳。digitalPinToInterrupt() 函數將引腳號碼轉換成正確嘅 interrupt 號碼。noisy 係當 interrupt 被觸發時會呼叫嘅函數名稱。最後，CHANGE 係模式，即係喺引腳任何狀態改變時觸發 interrupt。你可以根據需要將佢改做 RISING、FALLING 或者 LOW。

noisy() 函數就係 ISR。佢係一個簡單嘅切換函數，用嚟翻轉蜂鳴器嘅狀態。當按鈕被按下時，interrupt 會觸發呢個函數，佢會反轉 state 變數並將佢寫入蜂鳴器引腳。咁樣你就可以每次按下按鈕時開關蜂鳴器，即使主迴圈忙緊計數同延遲。

要將項目嘅行為改做夜晚啟動蜂鳴器而唔係日頭，你需要修改主迴圈入面嘅條件邏輯，將 HIGH 同 LOW 狀態嘅 digitalWrite() 指令調轉。

實時項目同示範

喺示範入面，你會見到兩個關鍵實驗。首先，interrupt 電路冇載入 interrupt 程式碼嚟運行，其中迴圈入面嘅延遲令到按鈕反應遲鈍。呢個突顯咗 interrupt 要解決嘅問題。

然後，載入 interrupt 程式碼之後，序列監視器會顯示計數器每秒遞增。當按鈕被按下時，蜂鳴器會即時開關，無論主迴圈有咩延遲。呢個證明 interrupt 成功繞過等待時間並即時執行佢嘅任務（喺影片 14:07）。

對於 LDR 部分，序列監視器會打印原始模擬值。你可以見到喺光線充足時數值好高（大約 960），而當感測器被遮蓋時數值會大幅下降（到大約 400 或者更低）。呢個示範咗 LDR 嘅電阻點樣隨光強度改變。然後程式碼用一個閾值嚟判斷係「日頭」定「夜晚」，並相應控制蜂鳴器。透過遮蓋感測器嚟模擬夜晚，你可以觸發蜂鳴器，而將佢暴露喺光線下就可以關閉佢。

章節

• [00:00] Arduino Interrupt 同 LDR 簡介
• [01:43] Arduino 程式碼入面延遲嘅問題
• [03:37] 理解 Interrupt 引腳同模式
• [04:20] 接線按鈕同蜂鳴器電路
• [06:22] 延遲示範嘅程式碼解釋
• [07:48] 延遲問題嘅示範
• [09:26] 實現同編寫 Interrupt
• [11:50] Interrupt 函數點樣運作
• [14:26] 光敏電阻（LDR）簡介
• [15:44] 用萬用錶測量 LDR 電阻
• [17:22] 接線 LDR 同蜂鳴器電路
• [19:55] 讀取 LDR 數值嘅程式碼
• [20:49] LDR 數值變化嘅示範
• [22:08] 設定日頭同夜晚閾值
• [23:40] 用 LDR 控制蜂鳴器嘅程式碼
• [25:21] 自動夜燈嘅示範