Gestão de vários sensores com um registo de turnos

Neste tutorial, veremos como gerir vários sensores com um registo de turnos. Vimos no último tutorial sobre o assunto, que o registo podia ser utilizado para conduzir LEDs. Veremos aqui, como ler o valor de 8 sensores numa única entrada analógica. Em electrónica, o número de entradas e saídas torna-se crítico quando se utilizam vários sensores. A utilização de um registo de turnos é uma boa solução para reduzir o número de pinos utilizados.

Neste artigo, utilizamos o registo de turnos 74HC595 mas é possível utilizar um multiplexador ou um 74HC165 (Paralelo ao serial, mais adequado para a leitura de sensores)

Material

• Computador
• Arduino UNO
• Cabo USB A Macho/B Macho
• Registo de turnos 74HC595

Princípio funcional

O registo de turno é um componente electrónico que contém chinelos de dedo síncronos. Estes são circuitos lógicos que mantêm na memória um estado alto ou baixo (como um pouco) ligados pelo mesmo relógio. O princípio da mudança vem do facto de cada memória ser escrita ou lida pouco a pouco.

Para gerir os sensores, utilizaremos a saída do registo de deslocamento como fonte de tensão e todas as saídas dos sensores serão ligadas a uma entrada analógica do Arduino. Os sensores serão alimentados um após o outro, o que nos permitirá recuperar, no pino analógico, o valor do sensor alimentado.

Esquema

O registo de turno requer 3 pinos de saída de um microcontrolador. É possível gerir vários registos ligados em série.

• GND Ligação à terra do circuito integrado
• Pino de potência Vcc. Normalmente ligado a 5V
• SH_CP ou RCLK entrada de relógio de registo de turnos. O sinal do relógio de registo que determina se a memória é escrita para
• ST_CP ou SRCLK entrada do relógio de registo de armazenamento. O sinal do relógio de armazenamento que define de que memória se está a ler ou a escrever.
• DS ou SER entrada de dados. Sinal contendo os dados a registar (UP ou DOWN)
• Q0-Q7 saída de dados paralelos. Pinos de saída do registo de turnos
• Saída OE permitida, activa BAIXA. Pino ligado ao GND para activar as saídas
• MR Master reset, activo BAIXO. Pino de reinicialização. Ligado a 5V
• Q7′ saída de dados em série (pino utilizado apenas se vários registos estiverem ligados em série)

Assim que o registo de turno estiver devidamente ligado, ligaremos cada um dos botões. Para podermos detectar o estado de vários botões, precisamos de adicionar um díodo a cada saída, para que a corrente não flua de uma saída do registo de turnos para a outra.

Código

Para comunicar com o registo de turnos, faremos malabarismos com os seus pinos de entrada. Precisamos de colocar o pino RCLK baixo para escrever para um registo. Para escrever aos chinelos de dedo, precisamos de colocar o relógio de armazenamento em baixo. Com cada pulso de relógio, passamos para o próximo flip-flop. Para simplificar o nosso código, vamos definir este procedimento na função writeRegister().

Para gerir o grupo de sensores através do registo, vamos pulsar cada flip-flop e ler o valor do botão quando o flip-flop é alto, ou seja, uma corrente flui através do botão.

//Constants
#define number_of_74hc595s 1
#define numOfRegisterPins number_of_74hc595s * 8
#define SER_Pin 2
#define RCLK_Pin 3
#define SRCLK_Pin 4

//Parameters
const int grpBtnPin = A0;

//Variables
boolean registers[numOfRegisterPins] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
boolean grpBtnState[numOfRegisterPins] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
boolean oldGrpBtnState[numOfRegisterPins] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
int grpBtnVal[numOfRegisterPins] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

void setup() {
  //Init Serial USB
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("Initialize System"));
  //Init register
  pinMode(SER_Pin, OUTPUT);
  pinMode(RCLK_Pin, OUTPUT);
  pinMode(SRCLK_Pin, OUTPUT);
  pinMode(grpBtnPin, INPUT);
}

void loop() {
  readGrpBtn();
}

void clearRegisters() { /* function clearRegisters */
  //// Clear registers variables
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    registers[i] = LOW;
  }
}

void writeRegisters() { /* function writeRegisters */
  //// Write register after being set
  digitalWrite(RCLK_Pin, LOW);
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    digitalWrite(SRCLK_Pin, LOW); int val = registers[i];
    digitalWrite(SER_Pin, val);
    digitalWrite(SRCLK_Pin, HIGH);
  }
  digitalWrite(RCLK_Pin, HIGH);
}

void setRegisterPin(int index, int value) { /* function setRegisterPin */
  ////Set register variable to HIGH or LOW
  registers[index] = value;
}

void readGrpBtn() { /* function readGrpBtn */
  //// Read each btn
  for (int i = numOfRegisterPins - 1; i >=  0; i--) {
    grpBtnState[i] = false;
    setRegisterPin(i, HIGH);
    writeRegisters();
    delay(20);
    grpBtnVal[i] = analogRead(grpBtnPin);
    setRegisterPin(i, LOW);
    writeRegisters();

    if (grpBtnVal[i] > 500) {
      grpBtnState[i] = true;
      if (oldGrpBtnState[i] != grpBtnState[i]) {
        Serial.print(F("Btn "));
        Serial.print(i);
        Serial.print(F(" detected -> State =  "));
        Serial.println(grpBtnVal[i]);
      }
    }
  }
}

Resultados

O estado do botão é actualizado cada vez que passa pela memória de registo correspondente e é possível ler 8 botões com uma única entrada analógica.

Aplicações

• Gerir até 8 sensores com três pinos digitais e um pino analógico de um microcontrolador
• Criar um dispositivo HID com múltiplas chaves

Encontre o nosso módulo de expansão de registo de turnos com conectividade simplificada, compatível com todos os tipos de microcontroladores (Arduino, ESP8266, ESP32, Raspberry Pi, etc.)

Fontes

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Registre_%C3%A0_d%C3%A9calage
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Bascule_(circuit_logique)
• Utilização de um registo de turnos
• Utilização de um Multiplexer