Пишем код на Rust для ультразвукового датчика HC-SR04 с ESP32
Мы начнём с создания проекта по шаблону, а затем изменим код под требования текущего проекта.
Создание проекта с помощью esp-generate
Этот шаг вы уже выполнили в разделе «Быстрый старт».
Чтобы создать проект, используйте команду esp-generate. Выполните:
esp-generate --chip esp32 ultrasonic
Откроется экран с вопросом о выборе опций. В последних версиях esp-hal для ledc нужно явно включить нестабильные возможности.
- Поэтому выберите опцию «Enable unstable HAL features» («Включить нестабильные возможности HAL»).
Затем сохраните настройки, нажав на клавиатуре «s».
Настройка вывода светодиода и ШИМ
Этот код вы уже должны понимать. Если нет, сначала пройдите раздел о плавном затухании светодиода.
Краткое напоминание: здесь мы настраиваем ШИМ для светодиода, что позволяет управлять яркостью, меняя коэффициент заполнения.
#![allow(unused)]
fn main() {
// let led = peripherals.GPIO2; // uses onboard LED
let led = peripherals.GPIO33;
// Настраиваем LEDC
let mut ledc = Ledc::new(peripherals.LEDC);
ledc.set_global_slow_clock(LSGlobalClkSource::APBClk);
let mut lstimer0 = ledc.timer::<LowSpeed>(timer::Number::Timer0);
lstimer0
.configure(timer::config::Config {
duty: timer::config::Duty::Duty5Bit,
clock_source: timer::LSClockSource::APBClk,
frequency: Rate::from_khz(24),
})
.unwrap();
let mut channel0 = ledc.channel(channel::Number::Channel0, led);
channel0
.configure(channel::config::Config {
timer: &lstimer0,
duty_pct: 10,
drive_mode: DriveMode::PushPull,
})
.unwrap();
}Настройка вывода Trig
Мы настроим GPIO 5 как выходной вывод с начальным состоянием LOW. Если интересно, почему он выходной: мы отправляем сигнал с ESP32 на ультразвуковой модуль. Этот вывод подключён к выводу Trig модуля.
#![allow(unused)]
fn main() {
let mut trig = Output::new(peripherals.GPIO5, Level::Low, OutputConfig::default());
}Настройка вывода Echo
Мы настроим GPIO 18 как входной вывод, так как ультразвуковой модуль возвращает сигнал на ESP32. Начальное состояние этого вывода задаём как Pull Down, чтобы он начинал работу в низком состоянии.
#![allow(unused)]
fn main() {
let echo = Input::new(
peripherals.GPIO18,
InputConfig::default().with_pull(Pull::Down),
);
}🦇 Включаем
Шаг 1: отправляем импульс запуска
Сначала переводим вывод trig в LOW, чтобы начать с чистого состояния. Затем переводим вывод trig в HIGH на 10 микросекунд и снова в LOW. Это заставит модуль отправить ультразвуковые волны.
#![allow(unused)]
fn main() {
// Перед стартом убеждаемся, что вывод Trigger в низком состоянии
trig.set_low();
delay.delay_micros(2);
// Отправляем высокий импульс длительностью 10 микросекунд
trig.set_high();
delay.delay_micros(10);
trig.set_low();
}Шаг 2: измеряем ширину импульса
Далее используем два цикла. Первый выполняется, пока вывод echo находится в LOW. Как только он переходит в HIGH, мы записываем текущее время в переменную. Затем запускаем второй цикл, который продолжается, пока вывод echo остаётся в HIGH. Когда он возвращается в LOW, записываем текущее время в другую переменную. Разность этих двух значений даёт ширину импульса.
#![allow(unused)]
fn main() {
// Измеряем, как долго сигнал остаётся в высоком состоянии
while echo.is_low() {}
let time1 = rtc.current_time_us();
while echo.is_high() {}
let time2 = rtc.current_time_us();
let pulse_width = time2 - time1;
}Шаг 3: вычисляем расстояние
Чтобы вычислить расстояние, нужна ширина импульса. Она показывает, сколько времени ультразвуковым волнам понадобилось, чтобы дойти до препятствия и вернуться. Поскольку импульс отражает время туда и обратно, делим его на 2, чтобы учесть путь до препятствия и обратно.
Скорость звука в воздухе примерно равна 0,0343 см на микросекунду. Умножив время (в микросекундах) на это значение и разделив на 2, получим расстояние до препятствия в сантиметрах.
#![allow(unused)]
fn main() {
let distance = (pulse_width * 0.0343) / 2.0;
}Шаг 4: коэффициент заполнения ШИМ для светодиода
Наконец, регулируем яркость светодиода в зависимости от измеренного расстояния.
Коэффициент заполнения рассчитывается по нашей собственной логике, её можно изменить под свои задачи. Когда объект ближе 30 см, яркость светодиода растёт. Чем ближе объект к ультразвуковому модулю, тем выше получается рассчитанное отношение, а значит, тем сильнее меняется коэффициент заполнения. В результате яркость светодиода постепенно увеличивается по мере приближения объекта к датчику.
#![allow(unused)]
fn main() {
let duty_pct: u8 = if distance < 30.0 {
let ratio = (30.0 - distance) / 30.0;
let p = (ratio * 100.0) as u8;
p.min(100)
} else {
0
};
if let Err(e) = channel0.set_duty(duty_pct) {
esp_println::println!("Failed to set duty cycle: {:?}", e);
}
}Полный код
#![no_std]
#![no_main]
#![deny(
clippy::mem_forget,
reason = "mem::forget is generally not safe to do with esp_hal types, especially those \
holding buffers for the duration of a data transfer."
)]
use esp_hal::clock::CpuClock;
use esp_hal::main;
// LEDC
use esp_hal::gpio::DriveMode;
use esp_hal::gpio::{InputConfig, OutputConfig};
use esp_hal::ledc::{LSGlobalClkSource, LowSpeed};
use esp_hal::time::Rate;
use esp_hal::{
delay::Delay,
gpio::{Input, Level, Output, Pull},
ledc::{
Ledc,
channel::{self, ChannelIFace},
timer::{self, TimerIFace},
},
rtc_cntl::Rtc,
};
#[panic_handler]
fn panic(_: &core::panic::PanicInfo) -> ! {
loop {}
}
// Создаёт дескриптор приложения по умолчанию, который требуется загрузчику esp-idf.
// Подробнее см.: <https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/stable/esp32/api-reference/system/app_image_format.html#application-description>
esp_bootloader_esp_idf::esp_app_desc!();
#[main]
fn main() -> ! {
// generator version: 1.0.0
let config = esp_hal::Config::default().with_cpu_clock(CpuClock::max());
let peripherals = esp_hal::init(config);
// let led = peripherals.GPIO2; // использует встроенный светодиод
let led = peripherals.GPIO33;
// Настраиваем LEDC
let mut ledc = Ledc::new(peripherals.LEDC);
ledc.set_global_slow_clock(LSGlobalClkSource::APBClk);
let mut lstimer0 = ledc.timer::<LowSpeed>(timer::Number::Timer0);
lstimer0
.configure(timer::config::Config {
duty: timer::config::Duty::Duty5Bit,
clock_source: timer::LSClockSource::APBClk,
frequency: Rate::from_khz(24),
})
.unwrap();
let mut channel0 = ledc.channel(channel::Number::Channel0, led);
channel0
.configure(channel::config::Config {
timer: &lstimer0,
duty_pct: 10,
drive_mode: DriveMode::PushPull,
})
.unwrap();
// Для ультразвукового датчика HC-SR04
let mut trig = Output::new(peripherals.GPIO5, Level::Low, OutputConfig::default());
let echo = Input::new(
peripherals.GPIO18,
InputConfig::default().with_pull(Pull::Down),
);
let delay = Delay::new(); // Можно использовать, так как включены нестабильные возможности
let rtc = Rtc::new(peripherals.LPWR);
loop {
delay.delay_millis(5);
// Отправляем ультразвуковые волны
trig.set_low();
delay.delay_micros(2);
trig.set_high();
delay.delay_micros(10);
trig.set_low();
// Измеряем, как долго сигнал остаётся в высоком состоянии
while echo.is_low() {}
let time1 = rtc.current_time_us();
while echo.is_high() {}
let time2 = rtc.current_time_us();
let pulse_width = time2 - time1;
// Вычисляем расстояние по ширине импульса
let distance = (pulse_width as f64 * 0.0343) / 2.0;
// esp_println::println!("Pulse Width: {}", pulse_width);
// esp_println::println!("Distance: {}", distance);
// Наша собственная логика расчёта коэффициента заполнения по расстоянию
let duty_pct: u8 = if distance < 30.0 {
let ratio = (30.0 - distance) / 30.0;
let p = (ratio * 100.0) as u8;
p.min(100)
} else {
0
};
if let Err(e) = channel0.set_duty(duty_pct) {
// esp_println::println!("Failed to set duty cycle: {:?}", e);
panic!("Failed to set duty cycle: {:?}", e);
}
delay.delay_millis(60);
}
}Клонирование существующего проекта
Вы можете клонировать (или посмотреть) созданный мной проект и перейти в папку ultrasonic.
git clone https://github.com/ImplFerris/esp32-projects
cd esp32-projects/ultrasonic