第1步：基本知識(shí)-時(shí)序，定時(shí)器，中斷。..

一般思想

金屬探測器的基本原理是，線圈中的電感/信號(hào)會(huì)隨著目標(biāo)靠近線圈而改變。識(shí)別這些變化的常用方法是測量頻移，衰減時(shí)間，選定時(shí)間點(diǎn)的電壓變化等?；诨贏Tmega328的Arduino的功能，這些輸入可以通過模擬讀取，數(shù)字讀取來測量

此指令將覆蓋這些輸入。

要獲得靈敏的檢測器，不幸的是，需要非?？焖俚販y量輸入。以16MHz運(yùn)行的ATmega似乎運(yùn)行得很快，但是在許多情況下，這太慢了，無法使用基于標(biāo)準(zhǔn)Arduino的例程。這里將提供各種“外部”標(biāo)準(zhǔn)Arduino例程“外部”的方法，以提供盡可能高的速度

定時(shí)，定時(shí)，定時(shí)。..。.

基于線圈的金屬探測器的關(guān)鍵要素是時(shí)候了。通常，信號(hào)是快速的，因此時(shí)序上的小誤差會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤，從而難以獲得穩(wěn)定的讀數(shù)。

Arduino時(shí)序的標(biāo)準(zhǔn)功能是諸如millis（），micros（）， delay（）和delaymicroseconds（）。在大多數(shù)應(yīng)用中，這些例程運(yùn)行良好，對(duì)于金屬探測器設(shè)計(jì)，它們的性能并不理想。

根據(jù)參考，millis（）的分辨率為4μS。另一方面，當(dāng)查看Arduino的振蕩頻率時(shí)，兩個(gè)脈沖在16MHz處的延遲為0，0625μS，是分辨率的64倍。為了獲得對(duì)此16MHz頻率的訪問以進(jìn)行計(jì)時(shí)，最方便的方法是使用ATmega內(nèi)部定時(shí)器。共有三個(gè)計(jì)時(shí)器（timer0，timer1和timer2）。

可以通過預(yù)分頻器（分頻器）將定時(shí)器設(shè)置為以16MHz或更低的頻率運(yùn)行。定時(shí)器具有不同的模式，但在最簡單的模式下，它們僅從0計(jì)數(shù)到給定值，觸發(fā)中斷服務(wù)程序（ISR –小程序）并重新開始計(jì)數(shù)。這種操作模式稱為比較時(shí)清除定時(shí)器（CTC）。在計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)期間，在程序的任何時(shí)間都可以訪問計(jì)數(shù)器值并將其復(fù)制到變量中。

在Arduino運(yùn)行的大多數(shù)時(shí)間里都是如此。不幸的是，不僅定時(shí)器觸發(fā)中斷，而且許多其他事件也觸發(fā)中斷。因此，即使在執(zhí)行ISR期間，中斷也可能在相似的時(shí)間發(fā)生。由于每個(gè)中斷都會(huì)延遲當(dāng)前代碼的執(zhí)行，因此會(huì)再次導(dǎo)致較小的誤讀甚至完全丟失值。為了使ATmega本身具有某種順序，可以對(duì)優(yōu)先級(jí)不同的中斷進(jìn)行處理。

Vector Addr Source Interrupts definition

1 0x0000 RESET External Pin， Power-on Reset， Brown-out Reset and Watchdog System Reset

2 0x0002 INT0 External Interrupt Request 0

3 0x0004 INT1 External Interrupt Request 0

4 0x0006 PCINT0 Pin Change Interrupt Request 0

5 0x0008 PCINT1 Pin Change Interrupt Request 1

6 0x000A PCINT2 Pin Change Interrupt Request 2

7 0x000C WDT Watchdog Time-out Interrupt

8 0x000E TIMER2_COMPA Timer/Counter2 Compare Match A

9 0x0010 TIMER2_COMPB Timer/Coutner2 Compare Match B

10 0x0012 TIMER2_OVF Timer/Counter2 Overflow

11 0x0014 TIMER1_CAPT Timer/Counter1 Capture Event

12 0x0016 TIMER1_COMPA Timer/Counter1 Compare Match A

13 0x0018 TIMER1_COMPB Timer/Coutner1 Compare Match B

14 0x001A TIMER1_OVF Timer/Counter1 Overflow

15 0x001C TIMER0_COMPA Timer/Counter0 Compare Match A

16 0x001E TIMER0_COMPB Timer/Coutner0 Compare Match B

17 0x0020 TIMER0_OVF Timer/Counter0 Overflow

18 0x0022 SPI STC SPI Serial Transfer Complete

19 0x0024 USART_RX USART Rx Complete

20 0x0026 USART_UDRE USART Data Register Empty

21 0x0028 USART_TX USART Tx Complete

22 0x002A ADC ADC Conversion Complete

23 0x002C EE READY EEPROM Ready

24 0x002E ANALOG COMP Analog Comparator

25 0x0030 TWI 2-wire Serial Interface （I2C）

26 0x0032 SPM READY Store Program Memory Ready

穩(wěn)定時(shí)序編程的目標(biāo)是盡可能使用最高優(yōu)先級(jí)的中斷并找到解決方法防止在ISR期間發(fā)生其他中斷。這導(dǎo)致了處理中斷的第一條規(guī)則：減小ISR！ （。.我將定期違反該規(guī)則……）。

由于標(biāo)準(zhǔn)Arduino函數(shù)也了解這些計(jì)時(shí)器，因此許多例程和庫都在使用它們。這意味著，如果我們使用計(jì)時(shí)器并更改其預(yù)設(shè)值，則某些標(biāo)準(zhǔn)例程將不再起作用。

延遲，音調(diào)，傳感器，步進(jìn)，PWM功能以及通信可能不再正常工作。

步驟2：如何使用計(jì)時(shí)器

有關(guān)如何使用計(jì)時(shí)器的說明非常棒。我使用了這個(gè)Instructable的參考，這里只會(huì)給出一些摘要。如果您想更深入地了解計(jì)時(shí)器，請(qǐng)參閱說明“ Arduino計(jì)時(shí)器中斷：6個(gè)步驟（帶有圖片）”。

基本原理是，首先您要告訴timer0，timer1或timer2

它應(yīng)該運(yùn)行多快（寄存器TCCR0B，TCCR2B，TCCR2B中的預(yù)分頻器）

要計(jì)算的值（寄存器OCR0A，OCR1A，OCR2A中的值）

此時(shí)要執(zhí)行的操作（TCCR0A，TCCR1A，TCCR2A中的設(shè)置-》重置并重新啟動(dòng)，觸發(fā)PWM信號(hào)等…）

將計(jì)數(shù)器設(shè)置為一個(gè)給定的值（從TCNT0，TCNT1，TCNT2中的值開始）

啟用相關(guān)中斷（在TIMSK0，TIMSK1， TIMSK2）→這將調(diào)用ISR

，然后使用中斷向量名稱e定義ISR。 G。 ISR（TIMER0_COMPA_vect）并定義在此ISR期間應(yīng)執(zhí)行的操作。再次，此代碼應(yīng)保持簡短，因?yàn)榇舜a可隨時(shí)被其他中斷打斷，這將破壞值或?qū)е鲁绦虮罎ⅰ?/p>

另一部分信息是，計(jì)時(shí)器0和計(jì)時(shí)器2可以計(jì)數(shù)到255，計(jì)時(shí)器1可以計(jì)數(shù)到65535。

如何將計(jì)時(shí)器用于金屬探測器

如前所述，計(jì)時(shí)對(duì)于金屬探測器至關(guān)重要。因此，所有與時(shí)間相關(guān)的工作都將通過使用計(jì)時(shí)器來完成。

通常，向線圈提供一個(gè)初始脈沖。之后，測量線圈的反應(yīng)（可以是相同的線圈，也可以是不同的線圈）。在測量期間，應(yīng)避免所有其他中斷！在這段時(shí)間內(nèi)中斷會(huì)導(dǎo)致值略有下降，值損壞，值丟失。

我將計(jì)時(shí)器用于3種不同目的：

timer0用于主事件（例如用于脈沖感應(yīng)檢測器的脈沖）

timer1用于數(shù)據(jù)采集（例如，頻移檢測，模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)序）

timer2用于音調(diào)/音量生成。

timer0

脈沖感應(yīng)（PI）檢測器的主周期包括兩個(gè)階段。首先是為線圈供電的脈沖，然后是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的靜音狀態(tài)。對(duì)于PI檢測器，脈沖的正常持續(xù)時(shí)間約為250μS，脈沖后的靜音應(yīng)足以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，處理和更新輸出。

因此，首先要一方面將timer0設(shè)置為所需的“事件速度”，以提供接近250μS的脈沖和可用的靜音時(shí)間。對(duì)于200Hz PI檢測器，這將是1024的預(yù)分頻器（aka每周期16MHz/1024 = 15.625kHz→64μS），脈沖的比較計(jì)數(shù)器為“ 4”，而靜默計(jì)數(shù)器為“ 72”。

// set timer0 - taking care of the pulse to the coil and the pause between two pulses

// Pulse composes of 4.672ms “off” （72） and 0.32ms “on”（4）

// separate times for OCR0A will be set in the interrupt routine

// Resulting frequency is 200Hz

cli（）;

TCCR0A = 0; // set entire TCCR0A register to 0

TCCR0B = 0; // same for TCCR0B

TCNT0 = 0; // initialize counter value to 0

// set compare match register to required pulse with

OCR0A = 72; // = （4672μS/（0.0625μS * 1024）） - 1 （must be 《256）

// turn on Clear Timer on Compare （CTC） mode

TCCR0A |= （1 《《 WGM01）;

// Set CS01 and CS00 bits for 1024 prescaler

TCCR0B |= （1 《《 CS02） | （1 《《 CS00）;

// enable timer compare interrupt

TIMSK0 |= （1 《《 OCIE0A）; sei（）;

由于信號(hào)非常不對(duì)稱，因此可以在每次中斷時(shí)將值設(shè)置為4和72。

ISR基本看起來像這樣（帶有全局易失性布爾“ toggle”）：

ISR（TIMER0_COMPA_vect）{

if（toggle）{

cli（）;

OCR0A = 72; // set for a long “off-time” -》 next interrupt timer0 in 4.672ms

sei（）;

}

else{

cli（）;

OCR0A = 4; // set for a short “on-time” -》 next interrupt timer0 in 320μS

sei（）;

}

toggle=！toggle;

}

當(dāng)然，在if和else期間，還有一些其他代碼可用于

timer1

由于timer1的計(jì)數(shù)器值最高（65535），因此可以用來高精度地測量“長”時(shí)間段。以最大速度（16MHz），超限之前的最長事件為4.1ms。如果事件的時(shí)間變化很小，則超限甚至可以忽略。然后，最大定時(shí)分辨率為0.0625μs！那就是后臺(tái)timer1用于數(shù)據(jù)采集。

首先將計(jì)時(shí)器設(shè)置為最大速度

cli（）;

TCCR1A = 0; // set entire TCCR1A register to 0

TCCR1B = 0; // same for TCCR1B

TCNT1 = 0; // initialize counter value to 0

// set compare match register

OCR1A = timer1MaxValue; // just a value to start with -》 set to a long period

// to prevent unwanted interrupt interference

// turn on Clear Timer on Compare （CTC） mode

TCCR1B |= （1 《《 WGM12）;

// Set CS10 no prescaler → running at full 16MHz

TCCR1B |= （1 《《 CS10）;

// enable timer compare interrupt → calling the ISR

TIMSK1 |= （1 《《 OCIE1A）;

sei（）;

要開始數(shù)據(jù)采集，timer0重新啟動(dòng)通過將timer1的計(jì)數(shù)器設(shè)置為0（TCNT1 = 0），在每個(gè)脈沖后將timer1設(shè)置為1。現(xiàn)在有兩個(gè)數(shù)據(jù)采集選項(xiàng)：

等待事件發(fā)生，并通過讀取計(jì)數(shù)器TCNT1，使用timer1查看事件發(fā)生的時(shí)間。

事件，例如在脈沖后的特定時(shí)間（使用timer1的預(yù)設(shè)比較值）讀取模擬信號(hào)。

在第一種情況下，ISR（例如，模擬比較器或引腳變化）將讀取TCNT1，例如g。

ISR（ANALOG_COMP_vect）{ // for analog comparator @ pin D6 and D7

Toggles［toggleCounter］=TCNT1;

toggleCounter++;

}

在第二種情況下，比較值OCR1A設(shè)置為將調(diào)用timer1比較ISR并執(zhí)行模擬讀取的值。在ISR期間，可以將比較值OCR1A更改為新值，以重復(fù)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）周期e。 g。

ISR（TIMER1_COMPA_vect）{

cli（）;

OCR1A = timer1PauseValue; // set the next interrupt to the value where a

// next ADC will give a usefull value

ADCSRA |= （1 《《 ADSC）; // ADSC -》 start the cycle -》 will be cleared

// after the conversion is done

sei（）;

}

timer2

指示目標(biāo)的最簡單方法是通過聲音。在尋找寶藏時(shí)，您的眼睛通常會(huì)集中在尋找地點(diǎn)。因此，它們不能用于顯示或LED。使用聲音可以輕松地在觀看線圈并同時(shí)收聽時(shí)找到確切的位置。為了給目標(biāo)提供精確度和某種感覺，音調(diào)應(yīng)根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度改變其音量。因此，我認(rèn)為應(yīng)該為揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)音量調(diào)制。

這只是通過向揚(yáng)聲器發(fā)送32kHz PWM信號(hào)來完成的。標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器應(yīng)緩慢將32kHz信號(hào)轉(zhuǎn)換為音調(diào)。 32kHz被“解釋”，而不是模擬值。通過提供一個(gè)“開”脈沖由32kHz信號(hào)組成的可聽頻率，該信號(hào)具有不同的PWM比例，可改變可聽音的音量。

Timer2的優(yōu)點(diǎn)是它是硬連線的D3和D11引腳的PWM功能

可以通過設(shè)置寄存器TCCR2A的COM2x1（COM2A1和COM2B1）中的位將這些引腳激活為PWM。寄存器/輸出A為D11，寄存器/輸出B為D3。通過將“如何表現(xiàn)”設(shè)置為“快速PWM”，可以將PWM設(shè)置為直接驅(qū)動(dòng)引腳，而無需任何ISR！比較值OCR2A設(shè)置PWM比（OCR2A = 0→0％正波→0V； OCR2A = 255→100％正波→5V）。

OCR2A，因此PWM比可以設(shè)置為任意值在代碼中放置以更改音量。

現(xiàn)在有了音量，我們?nèi)匀恍枰獎(jiǎng)?chuàng)建可聽到的聲音/頻率?？梢允褂闷銲SR中的其他定時(shí)器之一來完成此操作（例如，在啟動(dòng)脈沖時(shí)將OCR2A設(shè)置為“ volume”，將OCR2A = 0設(shè)置為“ 0”；在啟動(dòng)脈沖時(shí)會(huì)產(chǎn)生200Hz的可聽音）。

第3步：使用數(shù)字和模擬引腳

模擬讀取，但速度非常快。

通過使用AnalogRead（）可以以良好的精度和穩(wěn)定性讀取10Bit值。不幸的是，最大采樣率約為10kHz。這部分歸因于AnalogRead（）中的一些附加代碼，部分歸因于AD轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘預(yù)分頻器。

幸運(yùn)的是，可指導(dǎo)的“ Girino-快速Arduino示波器”提供了有關(guān)如何進(jìn)行獲得更高的采樣率。只需取消相關(guān)行的注釋，就可以設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）速度的采樣。

// ADCSRA |= （1 《《 ADPS2） | （1 《《 ADPS0）; // 32 prescaler for 38.5 KHz

ADCSRA |= （1 《《 ADPS2）; // 16 prescaler for 76.9 KHz

// ADCSRA |= （1 《《 ADPS1） | （1 《《 ADPS0）; // 8 prescaler for 153.8 KHz

要使用ADC，有以下三種基本方法：

自由運(yùn)行模式–每次轉(zhuǎn)換完成后都會(huì)調(diào)用特定的ISR。

帶中斷的單次轉(zhuǎn)換–轉(zhuǎn)換完成后將調(diào)用ISR

單次轉(zhuǎn)換和“延遲”直到值可用（例如在analogRead（）中）

盡管自由運(yùn)行模式在給定時(shí)間內(nèi)可以最終獲得最多樣本，但我不建議使用用于金屬檢測。為什么？由于中斷的優(yōu)先級(jí)較低（請(qǐng)參見中斷優(yōu)先級(jí)表）：優(yōu)先級(jí)為22！前幾個(gè)讀數(shù)很可能會(huì)精確計(jì)時(shí)。此后，其他中斷將開始產(chǎn)生干擾并稍微延遲ADC。

所以我真正建議使用的是通過帶有中斷的單次轉(zhuǎn)換觸發(fā)的timer1觸發(fā)測量。

》

因此，timer1的每個(gè)ISR只需設(shè)置

ADCSRA |= （1 《《 ADSC）;

大約270個(gè)（理論上為208個(gè)）xtal周期即可觸發(fā)ADC，“ I-am-finish-with-the-Analog”到數(shù)字轉(zhuǎn)換” ISR（ADC_vect）被調(diào)用，并且可以讀取該值。在16位預(yù)分頻器上，只能使用10位分辨率中的8位，這是因?yàn)檩^低的兩個(gè)字節(jié)不會(huì)在高速下給出精確值（請(qǐng)參見數(shù)據(jù)手冊(cè)）。

因?yàn)锳DC將在在硬件級(jí)別上具有背景知識(shí)，因此此時(shí)間范圍可用于在ISR期間執(zhí)行一些命令以存儲(chǔ)值和限制測量值的數(shù)量等

對(duì)于某些應(yīng)用，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍與預(yù)期會(huì)產(chǎn)生什么樣的效果（在一次AD轉(zhuǎn)換中看到完整的波形）。但這似乎并不是一個(gè)大問題。這很可能是由于ATmega芯片內(nèi)部的內(nèi)部采樣和保持電路工作得很好！

數(shù)字端口的嚴(yán)重位限制

在某些情況下，必須設(shè)置Arduino。這可以通過使用digitalWrite（）輕松完成。仍然，這些函數(shù)還有一些額外的開銷代碼，這使它們變慢，因此需要相當(dāng)長的周期。

由于某些輸出在ISR期間發(fā)生了變化，因此對(duì)端口進(jìn)行位沖擊是一個(gè)更好的選擇

基本功能是：

PORTD = PORTD | B00000100;//將D2設(shè)置為高電平，而不更改其他端口

PORTD = PORTD＆B11111011;//將D2設(shè)置為低電平而不更改其他端口

PIND = PIND | B00000100;//如果從低到高切換D2；如果為高→低

端口分配按位分配

PORTD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1（TXD） D0（RXD）

PORTB N.A. N.A. D13 D12 D11 D10 D9 D8

PORTC A0 A1 A2 A3 A4 A5 Reset N.A.

為線圈供電，應(yīng)將端口直接設(shè)置為“高”或“低” ，對(duì)于音頻輸出，PIND命令（切換）提供了一個(gè)簡潔的功能：多音目標(biāo)識(shí)別。

如果在一個(gè)循環(huán)中有兩個(gè)點(diǎn)切換了揚(yáng)聲器的引腳，我們可以決定是否根據(jù)目標(biāo)，在兩個(gè)點(diǎn)或僅在一個(gè)點(diǎn)之間切換銷釘。這樣，我們可以達(dá)到高音（每個(gè)周期200Hz的兩個(gè)切換）或低音（每個(gè)周期100Hz的一個(gè)切換）。

使用引腳進(jìn)行測試

尤其是在測試新開發(fā)的電路和新代碼非常有用，它可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)額外的引腳來指示代碼中正在發(fā)生的事情。它既可以用來觸發(fā)示波器，也可以用來顯示代碼中某個(gè)例程花費(fèi)多長時(shí)間。通過在例程開始時(shí)將引腳設(shè)置為高電平，然后在例程之后將其設(shè)置為低電平，可以很好地看出這段代碼是否干擾了中斷或其他信號(hào)，或者可以比較哪個(gè)版本的代碼更快或更慢。

附帶的是模擬信號(hào)（紅色）和表示AD轉(zhuǎn)換需要多長時(shí)間的引腳信號(hào)的圖片。

步驟4：接口和數(shù)據(jù)輸出

探測器的主要目標(biāo)是找到一個(gè)目標(biāo)，然后向用戶提供有關(guān)目標(biāo)的一些信息。指示目標(biāo)的一種方式是使用揚(yáng)聲器，如計(jì)時(shí)器2所述。

串行輸出。

這主要用于測試和實(shí)驗(yàn)，但是它是無與倫比的！

Serial.print （）和兄弟姐妹的速度非常快（如果設(shè)置為Serial.begin（115200））。因此，在嘗試電路并獲得讀數(shù)的感覺時(shí)，Serial.print（）可用于向計(jì)算機(jī)發(fā)送大量數(shù)據(jù)。如果以適當(dāng)?shù)姆绞礁袷交ɡ?，值之間的“空格”，循環(huán)之間的“返回”）格式，則可以通過將串行監(jiān)視器的輸出復(fù)制到Excel或類似的電子表格程序中來傳輸大量數(shù)據(jù)，以便以后進(jìn)行分析（我正在使用Libre Office ）。

我廣泛使用了此功能，一個(gè)探測器項(xiàng)目將合并使用此功能，以便在以后的某個(gè)時(shí)間將數(shù)據(jù)打印到16x2 LCD。

16x2 LCD

我認(rèn)為這是提供有關(guān)目標(biāo)的其他信息的好方法。這可以合并信號(hào)強(qiáng)度，但同時(shí)提供菜單以瀏覽電位設(shè)置（靈敏度，自動(dòng)平衡，功率，辨別力）。

有兩種簡單的方法來驅(qū)動(dòng)典型的16x2 LCD

使用I2C背包傳輸4位直接接線

我知道，也有UART封裝，但是它們不像I2C背包那樣常見。

直接接線是直接的，但是很麻煩，因?yàn)橐褂迷S多端口，并且需要一些接線。因此，使用16x2顯示屏的最簡單方法是使用I2C背包。應(yīng)該?。〔恍业氖?，這里有一些真實(shí)的話題：

它似乎在啟動(dòng)過程中正在使用timer0

I2C的運(yùn)行速度非常慢！

它

1。。在lcd.begin（16，2）期間；顯然，使用了delay（）和同級(jí)（很有趣，僅在那里）。這意味著，如果我們希望像其他操作一樣將這些計(jì)時(shí)器用于其他目的，則必須在設(shè)置計(jì)時(shí)器之前調(diào)用lcd.begin（16，2）（這花了我一點(diǎn)時(shí)間。..）。 LCD上的其他呼叫不使用計(jì)時(shí)器，或者至少可以在修改的計(jì)時(shí)器設(shè)置下使用。

2。 最大的缺點(diǎn)絕對(duì)是I2C的速度。在將所有信息發(fā)送到LCD的第一個(gè)實(shí)現(xiàn)過程中，LCD根本不顯示任何內(nèi)容，而只是掛起。我意識(shí)到發(fā)送包括lcd.clear（）在內(nèi)的32個(gè)字符太多了，所以我減少了2個(gè)字符的數(shù)量。但是，即使發(fā)送兩個(gè)字符也要花費(fèi)大約3毫秒，這太長了。

在200Hz的工作頻率下，該周期包括一個(gè)300μs的脈沖和4.7ms的靜音。這種“靜音”用于數(shù)據(jù)采集（在我的情況下約為2.5毫秒），數(shù)據(jù)處理（在我的情況下為1毫秒）為LCD輸出留出約1.1毫秒的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，即使是一個(gè)字符也要花費(fèi)1.5毫秒。為了解決此問題，例程Wire.setClock（400000）非常有用。

通常，默認(rèn)情況下，I2C時(shí)鐘設(shè)置為100kHz。通過使用Wire.setClock（400000），可以將時(shí)鐘設(shè)置為400kHz。在wire.begin（）中設(shè)置了默認(rèn)的100kHz。在lcd.begin（）期間調(diào)用此例程。因此必須在lcd.begin（）之后調(diào)用Wire.setClock（400000）（…。再受挫幾個(gè)小時(shí)）。

仍然必須解決該問題，即每個(gè)字符只能發(fā)送一個(gè)字符周期。為了解決這個(gè)問題，創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)組（總共16x2個(gè)字符→總共32個(gè)字符），并填充了所有需要顯示的信息。然后，該數(shù)組每個(gè)周期讀取一個(gè)字符并發(fā)送到顯示器。

3。。默認(rèn)情況下，I2C連接到A4和A5。在測試過程中顯而易見的是，驅(qū)動(dòng)I2C總線正在使模擬引腳上的電壓不穩(wěn)定（可能是所有引腳的電壓都不穩(wěn)定，但是模擬引腳對(duì)ADC的影響非常敏感）。這就導(dǎo)致了時(shí)序問題，所有I2C傳輸都應(yīng)與任何敏感的ADC周期完全隔離。

因此，通過將I2C時(shí)鐘速度設(shè)置為400kHz并在每個(gè)周期內(nèi)僅發(fā)送一個(gè)字符來進(jìn)行通信。在將下一個(gè)脈沖發(fā)送到線圈之前，可以將LCD縮小為完成狀態(tài)。因此，在脈沖后從引腳A0開始數(shù)據(jù)采集時(shí)，A4和A5相當(dāng)不錯(cuò)。因此，LCD的刷新率是200Hz/32個(gè)字符→6.25Hz

聲音

如有關(guān)計(jì)時(shí)器的步驟中所述，timer2用于為顯示器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)聲音輸出。探測器。一個(gè)簡單的揚(yáng)聲器通過100歐姆電阻連接到端口A（D11）或端口B（D3），可以使您感覺到信號(hào)強(qiáng)度和目標(biāo)類型（如果使用了多音目標(biāo)識(shí)別）。要實(shí)現(xiàn)此目的，代碼并不是很好，但是可以完成工作。

在代碼中的兩個(gè)位置，由timer0計(jì)時(shí)，例如在dataCrunching之后，有兩個(gè)由布爾“聲音”驅(qū)動(dòng)的代碼片段和“音高”

if（（sound）&&（highPitch）） { // if the speaker should sound and at high pitch

if（OCR2A）

OCR2A=0;

else

OCR2A=volume;

} if（sound）{ // if the speaker should make noise

if（OCR2A）

OCR2A=0;

else

OCR2A=volume;

}

else

OCR2A=0;

設(shè)置布爾值“ sound”和“ pitch”應(yīng)該在代碼中的其他位置進(jìn)行，因?yàn)樗鼈儾皇菚r(shí)間緊迫的。

將變量“ volume”作為無符號(hào)字符或字節(jié)進(jìn)行相同計(jì)數(shù)。

LED

由于通常在所有Arduino板上D13處都存在一個(gè)LED LED墊片，通過上一步中所述的位敲擊來設(shè)置銷釘。在測試過程中，這給人留下了很好的印象，供以后使用，該引腳可用于驅(qū)動(dòng)外部LED。

附有來自不同時(shí)序的屏幕截圖，可通過外部引腳看到?？梢钥吹匠跏济}沖，而不是一些劇烈的振蕩。在振蕩期間，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)處理開始（黃色信號(hào)設(shè)置為高電平）。在所有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，黃色信號(hào)設(shè)置為低電平。圖片顯示了以下持續(xù)時(shí)間的差異：

僅數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理，并通過Serial.print（）發(fā)送50個(gè)值

數(shù)據(jù)處理并通過I2C @ 100kHz將僅1個(gè)字符發(fā)送到LCD

步驟5：數(shù)據(jù)處理

在理想情況下，接收到的信號(hào)將非常清晰，與參考值相比最小的變化將指示目標(biāo)。不幸的是，這個(gè)世界并不理想，并且金屬探測器中的信號(hào)嘈雜，骯臟（尤其是當(dāng)我使用很少的外部組件時(shí)）。為了過濾掉數(shù)據(jù)的相關(guān)部分，嘗試了一些方法來過濾接收到的數(shù)據(jù)，甚至找到了一些有用的方法。

優(yōu)化的第一要點(diǎn)是電路！

如果電路和線圈是報(bào)廢的，那么最好的濾波算法就無法為您提供幫助。

有一些通用規(guī)則，例如使用大型電容器。屏蔽電路也將有所幫助，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。

真正使事情變得困難的一件事是信號(hào)尖峰。如果信號(hào)高于5V或低于0V，則有一些內(nèi)部電路可防止ATmega爆炸。僅當(dāng)電流保持較低時(shí)，此方法才有效。為了保護(hù)起見，這很好用，對(duì)于程序的穩(wěn)定性而言，則不是那么好。

已經(jīng)處理了相當(dāng)“骯臟”的信號(hào)，代碼產(chǎn)生了錯(cuò)誤，ADC周期出現(xiàn)了嚴(yán)重的誤讀。這可能會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)延遲小，讀數(shù)遺漏或無法解釋的原始值。優(yōu)化電路是獲得合格數(shù)據(jù)的第一步。

這里需要對(duì)電路進(jìn)行一些單獨(dú)的測試。方法是：

使連接保持短路

使用電容器穩(wěn)定電源電壓

防止Arduino引腳上的大負(fù)載

防止靠近敏感零件/連接的大電流

防止組件加熱/冷卻

屏蔽組件，連接，完整電路

雙絞線

防止移動(dòng)/丟失電線

知道自己在做什么……。.

如何解釋測量值

最簡單的方法識(shí)別被測信號(hào)變化的方法是將信號(hào)與信號(hào)的參考值進(jìn)行比較。如果測量值不同于該參考值，則您發(fā)現(xiàn)了一些東西。

事實(shí)證明與眾不同。

實(shí)際上，您的讀數(shù)會(huì)有很小的偏差。

這些偏差是由于來自主電網(wǎng)的50/60Hz信號(hào)的信號(hào)干擾，屏蔽不良的設(shè)備（交流適配器，計(jì)算機(jī)）的高頻信號(hào)，對(duì)其他無線信號(hào)（Wifi，GSM）的干擾引起的或僅僅是由于電路設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的振蕩。這些干擾可能會(huì)偏離參考值，幅度如此之大，以致使檢測器的靈敏度變得毫無用處。

在接下來的部分中，將介紹用于處理噪聲信號(hào)的不同方法。

創(chuàng)建平均值

在最后幾個(gè)值上創(chuàng)建平均值是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)。這樣，可以消除正負(fù)方向上的小偏差。根據(jù)噪聲的大小和外觀，可以選擇不同的值來創(chuàng)建平均值。

最簡單的方法是定義一個(gè)數(shù)組，然后將獲得的值填充到該數(shù)組中，并按每個(gè)周期遞增。在每個(gè)循環(huán)中，您將所有值相加，然后將它們與參考值進(jìn)行比較。小偏差將被消除。這可以通過全局計(jì)數(shù)器輕松實(shí)現(xiàn)，全局計(jì)數(shù)器每個(gè)周期遞增一次。如果達(dá)到“ maxValue”，則將其設(shè)置為0。

每個(gè)循環(huán)，for循環(huán)從0到“ maxValue”計(jì)數(shù)以求和?？梢詫⒖偤统詍axValue確實(shí)沒有意義。參考值可以直接與總和進(jìn)行比較。

優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，快速代碼，易于閱讀。

缺點(diǎn)：延遲?。赡軣o關(guān)緊要） ），僅適用于噪音很小

#define maxValue 20

int valueCounter=0;

int valueSamples［maxValue］;

void dataCrunching（void ）{

int i;

double average;

valueSamples［valueCounter］=nextValue;

valueCounter++;

if（valueCounter》（maxValue-1））

valueCounter=0;

average=0;

for（i=0; i average=average+valueSamples［i］;

}

觀察邊界

如果信號(hào)太不穩(wěn)定，則可以采用其他方法查看最小值或最大值在一個(gè)數(shù)組中。如果信號(hào)傾向于在一個(gè)方向上特別偏離，這將特別有用。再次使用數(shù)組，每個(gè)周期填充一個(gè)值。每個(gè)循環(huán)檢查數(shù)組的e。 G。最低值。然后將該值與參考值進(jìn)行比較。

創(chuàng)建e。 G?？梢酝ㄟ^給變量一個(gè)高的值開始（例如255），然后在for循環(huán)中檢查給定的數(shù)組值是否較小

if（minValueminValue=array［i］;

循環(huán)minValue具有數(shù)組的最小值。

優(yōu)點(diǎn)：即使嘈雜的信號(hào)也可以很好地分析

缺點(diǎn)：數(shù)組需要足夠大（可以減慢反應(yīng)速度）速度）

#define maxValue 20

int valueCounter=0;

int valueSamples［maxValue］;

void dataCrunching（void）{

int i;

int minValue;

valueSamples［valueCounter］=nextValue;

valueCounter++;

if（valueCounter》（maxValue-1））

valueCounter=0;

minValue=32767;

for（i=0;i if（minValueminValue=valueSamples［i］;

}

}

忽略值

有時(shí)信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)一些毛刺或明顯的誤讀。如果將這些值添加到數(shù)組，它們將完全破壞對(duì)數(shù)組的分析。為了避免這種情況，可以通過設(shè)置“期望邊界”來濾除“不可信”的值。最簡單的方法是查看數(shù)組中的平均值，并且僅接受平均值的+/-范圍內(nèi)的值。我不建議這樣做！為什么不？可能導(dǎo)致平均值“卡住”的情況。如果讀數(shù)緩慢上升，然后突然回到“正常”，則平均值將停留在較高的值，因?yàn)檎Ｖ悼赡艹?/-范圍。

如果相對(duì)于數(shù)組中的參考值信號(hào)不在+/-范圍內(nèi)，則舊值將保留在數(shù)組中。這將導(dǎo)致在相同范圍內(nèi)充滿值的數(shù)組。優(yōu)點(diǎn)：將陣列的平均值與參考值進(jìn)行比較將對(duì)微小的變化非常敏感。

優(yōu)點(diǎn)：過濾掉毛刺和嚴(yán)重誤讀的好方法，即使在噪聲信號(hào)中也可以檢測到很小的變化。

缺點(diǎn)：足夠的值需要在該范圍內(nèi)，參考值和范圍應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。

#define maxValue 20

int valueCounter=0;

int valueSamples［maxValue］;

int limit=10;

int referenceValue; // needs to be created somewhere in the program?。。?/p>

void dataCrunching（void）{

int i;

int diff;

diff=abs（nextValue-referenceValue） // create the difference

if（diff valueSamples［valueCounter］=nextValue;

valueCounter++;

if（valueCounter》（maxValue-1））

valueCounter=0;

average=0;

for（i=0;i average=average+valueSamples［i］;

}

平均單個(gè)值

一種濾除小偏差的方法是使用前一個(gè)值乘以一個(gè)因子，再加上新值，然后除以（factor + 1）。

優(yōu)點(diǎn)：非常易于實(shí)現(xiàn)，濾除細(xì)小的噪聲

缺點(diǎn)：即使細(xì)微變化是持久的，也忽略不了細(xì)微變化（新值需要偏差超過“因素”以影響除法后的結(jié)果）

#define maxValue 20

int valueCounter=0;

int valueSamples［maxValue］;

int factor=3;

void dataCrunching（void）{

int i;

double filterValue;

filterValue=valueSamples［valueCounter］;

filterValue=filterValue*factor;

filterValue=filterValue+nextValue;

valueSamples［valueCounter］=filterValue/（factor+1）;

valueCounter++;

if（valueCounter》（maxValue-1））

valueCounter=0;

average=0;

for（i=0; i average=average+valueSamples［i］;

}

使用較高/較低的計(jì)數(shù)器

在這種情況下，會(huì)將測量值與先前創(chuàng)建的平均值進(jìn)行比較。如果該值較大，則平均值diffdiffer將增加。如果該值較小，則diffCounter將減少。如果diffCounter達(dá)到最大值maxDiffCounter，則將平均值增加，并將diffCounter設(shè)置為0。如果diffCounter降至0以下，則將減小平均值，并將diffCounter設(shè)置為maxDiffCounter。

優(yōu)點(diǎn)：甚至

缺點(diǎn)：高/低的分布應(yīng)該“穩(wěn)定”，偏差的指示可能很慢

#define maxDiffCounter 30

int diffCounter=0;

int referenceValue; // needs to be created elsewhere in the program！?。?/p>

int sampleValue;

int average=0;

void dataCrunching（void）{

int i;

double average;

if（nextValue》referenceValue） // if larger than the reference

diffCounter++; // increase the diffCounter

else if（nextValue diffCounter--; // decrease the difCounter

if（diffCounter》maxDiffCounter）{ // maximum value reached

average++; // correct the average

diffCounter=0; // restart at 0

}

else if（diffCounter《0）{ // minimum value reached

average--; // correct the average

diffCounter=maxDiffCounter; // restart at maximum value

}

}

創(chuàng)建參考值

數(shù)據(jù)處理中最簡單的部分是采用不同的方法來濾除噪聲。