”Arpakuutio”

Pyrkimykseni on tällä kerralla valottaa sattumalukukäskyn random(min, max) ja siihen liittyvän randomSeed(parametri) käyttöä sekä sarjana sisään ja rinnan ulos –piirin (74HC595) käyttöä 7-segmenttinäyttöelementin ohjauksessa. Tässä näyttömoduulissa on kahdeksan (8) LEDiä, joista seitsemällä muodostetaan luku 0 .. 9 ja näiden lisäksi piste. Näitä näyttöjä on saatavissa erilaisia ja erikokoisia. Eri tyypit poikkeavat myös kytkennältään. Tässä olen käyttänyt tyyppiä MAN4640A. Ohjaimen ja näyttöpiirin LEDien välissä on vastuspiiri, missä on 8 kpl 330 ohmin vastuksia. Jos tarvitaan useamman numeron näyttöjä, voidaan näitä piirejä kytkeä sarjaan. Arduinosta tarvitaan silti vain kolme lähtöpinniä.

Tällä piirilevyllä on myös sellaisia komponentteja (toinen painike ja kaksivärinen LED), joita en käytä tässä sovelluksessa. Niiden on tarkoitus tulla mukaan seuraavan kerran blogissa. Sähköiset kytkennät näkyvät oheisista kuvista. Tuon Vero-levy-hahmotelman mukaan ei kannata lähteä sellaisenaan kytkemään, sillä se kuuluu enemminkin osastoon: ”etsi viisi virhettä!” On siitä kyllä hyötyäkin, sillä on se enimmäkseen oikein. Paint-ohjelma on vain melko alkeellinen, joten myöhemmät korjaukset sillä on varsin hankalia.

 Asetuksessa olevalla käskyllä randomSeed(analogRead(5)); alustetaan sattumageneraattori. Parametrinä voi olla myös kiinteä luku, jolloin ”sattumasarja” on aina sama numerojono. Tätä voi käyttää testeissä, mutta muuten se ei ole mielekästä. Ohjekirja suosittelee parametriksi jotain vapaana olevaan pinniä. Tässä olen käyttänyt analogiatuloa 5. Vapaassa tulossa ilmenee kohinaa, jolloin lähtöluku on sattumanvarainen ja saatu lukusarja todella perustuu sattumaan. Varsinainen sattumakäsky random(min, max) suorittaa arpomisen. Min on lukualueen minimi ja max on suurin arvottava luku lisättynä yhdellä (1). Siksi tässä on rajana luku seitsemän (7), jolloin saadaan aikaan noppien lukualue. Sattumalukukäskyn arpoma luku voi olla hyvin suuri. Siksi muuttujan tulee olla tyyppiä long.

Käynnistyessään ohjelma alkaa pyörittää myötäpäivään kutakin segmentin (A..F, G poisluettuna) LEDiä peräjälkeen. Pistettä ei polteta lainkaan. Siksi LEDien talukossa oikean puoleisin bitti on nolla (0). Bitit ovat käänteisessä järjestyksessä, koska ensimmäinen taulukon bitti Arr_DataA[0] menee sarjasyötössä ensimmäisenä ja bitti 7 viimeisenä (8 bittiä, taulukon bitit 0 .. 7). Tällöin bitti 7 siirtyy viimeisenä muunnospiiriin ja siirtyy pistettä vastaavaan kohtaan Q0. Vastaava taulukkoluettelo on numeroista.

Kun ohjelma käynnistyy, käynnistyy pyörityssekvenssi, ja kun vasenta painiketta painetaan, pysähtyy pyöritys ja ohjelma hyppää arpomista vastaavaan numerosekvenssin askeleeseen. Kun painike päästetään, pysähtyy numerosekvenssi ja pyörityssekvenssi käynnistyy jälleen. Video antinarduvideo22. youtube.com havainnollistaa tapahtumaa parhaiten. Sekvenssiaskeleissa ladataan kukin taulukon bittijono ensin talukkoon Arr_Data[8], mikä välitetään aliohjelmalle varsinaista näyttöön tulostusta varten.

Pyörityssekvenssin viive käsitellään aliohjelmassa int Fun_Viive(int Viive){, mikä on nyt tyyppiä int (eikä void), koska se palauttaa (return) kokonaisluvun. Sinne välitetään kutsussa viiveen hetkelline arvo, sitä kasvatetaan aliohjelmassa ja palautetaan uusi arvo pääohjelmaan. Pääohjelmassa tutkitaan, onko raja-arvo ylitetty, ja jos on, niin hypätään seuraavaan asekeleeseen.

Ohjelma 22

/***************************************

 *  Ohjelma 22

 *  08.06.2016

 *  Noppa

 **************************************/

// MÄÄRITTELYT:

const int Con_PainVas = 2;

boolean Bol_PainVas = false;

int Seq_PainVas = 1;

const int Con_PainVasVii = 5;

int Int_PainVasVii = 0;

const int Con_DS_Data = 6;        // Sarjadatan syöttö

const int Con_SHCP_Kello = 7;     // Sarjadatan kellotus

const int Con_STCP_Siirto = 8;    // Syöttö rinnanlähtöön

//Sekvenssin pyöritys

int Seq_Pyoritus = 1;

const int Con_PyorViive = 47;

int Int_PyorViive = 0;

// Numerosekvenssi

int Seq_Arpa = 0; // Näyttösekvenssiä ei käynnistetä alustuksessa

long Lng_Arpa = 0;

boolean Arr_Data[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};

// Näytön LEDit pyörityksessä

boolean Arr_DataA[8] = {0,0,0,0,0,0,1,0};

boolean Arr_DataB[8] = {0,0,0,0,0,1,0,0};

boolean Arr_DataC[8] = {0,0,0,0,1,0,0,0};

boolean Arr_DataD[8] = {0,0,0,1,0,0,0,0};

boolean Arr_DataE[8] = {0,0,1,0,0,0,0,0};

boolean Arr_DataF[8] = {1,0,0,0,0,0,0,0};

// Numerot 1 .. 6

boolean Arr_Data1[8] = {0,0,0,0,1,1,0,0};

boolean Arr_Data2[8] = {0,1,1,1,0,1,1,0};

boolean Arr_Data3[8] = {0,1,0,1,1,1,1,0};

boolean Arr_Data4[8] = {1,1,0,0,1,1,0,0};

boolean Arr_Data5[8] = {1,1,0,1,1,0,1,0};

boolean Arr_Data6[8] = {1,1,1,1,1,0,1,0};

// ASETUKSET:

void setup(){                 

 Serial.begin(9600);         

 pinMode(Con_PainVas, INPUT);

 pinMode(Con_DS_Data, OUTPUT);

 pinMode(Con_SHCP_Kello, OUTPUT);

 pinMode(Con_STCP_Siirto, OUTPUT);

 randomSeed(analogRead(5)); // Sattumageneraattorin alustus

}// Asetuksen loppu

// PÄÄLOOPPI 

void loop(){

Lng_Arpa = random(1,7);

Bol_PainVas = digitalRead(Con_PainVas);

// KOSKETTIMEN-tilan käsittely

switch (Seq_PainVas) {

  case 1:

    if (Bol_PainVas == true){

      Int_PainVasVii ++;

        if (Int_PainVasVii > Con_PainVasVii){

          Seq_Pyoritus = 0; // Pysäytetään pyöritys

          Seq_Arpa = Lng_Arpa; // Valitaan näytettävä numero

          Fun_Tyhjenna(); // Tyhjennetään näyttö

          Int_PainVasVii = 0;

          Seq_PainVas = 2;

        }

    }

    break;

  case 2:

    if (Bol_PainVas == false){

          Seq_Arpa = 0; // Pysäytettän numeronäyttö

          Seq_Pyoritus = 1; // Käynnistettän pyöritys

          Seq_PainVas = 1;

    }

    break;

}// Vasen painike loppu

// Pyörityksen sekvenssi

switch (Seq_Pyoritus) {

  case 1:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataA[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 2;

      }

    break;

  case 2:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataB[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 3;

      }

    break;

  case 3:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataC[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 4;

      }

    break;

  case 4:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataD[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 5;

      }

    break;

  case 5:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataE[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 6;

      }

    break;

  case 6:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_DataF[i];}

      Fun_Naytto();

      Int_PyorViive = Fun_Viive(Int_PyorViive);

      if (Int_PyorViive > Con_PyorViive){

        Int_PyorViive = 0;

        Seq_Pyoritus = 1;

      }

    break;

}// Pyörityksen loppu

// Arvotun numeron sekvenssi

switch (Seq_Arpa) {

  case 1:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data1[i];}

      Fun_Naytto();

      break;

  case 2:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data2[i];}

      Fun_Naytto();

    break;

  case 3:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data3[i];}

      Fun_Naytto();

    break;

  case 4:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data4[i];}

      Fun_Naytto();

    break;

  case 5:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data5[i];}

      Fun_Naytto();

    break;

  case 6:

   for(int i = 0; i < 8; i++){

    Arr_Data[i] = Arr_Data6[i];}

      Fun_Naytto();

    break;

}// Numeronäytön loppu

delay(1);

} // Pääohjelma LOPPU

// FUNKTIOT

void Fun_Naytto(){

// Datan siirto sarjamuodossa

for(int i = 0; i < 8; i++){

  digitalWrite(Con_DS_Data, Arr_Data[i]);

  digitalWrite(Con_SHCP_Kello, HIGH);

  digitalWrite(Con_SHCP_Kello, LOW);

}// Sarjakirjoitus loppu

// Sarjadatan siirto rinnakkaisiin lähtöihin

  digitalWrite(Con_STCP_Siirto, HIGH);

  digitalWrite(Con_STCP_Siirto, LOW);

}// Näytön loppu

void Fun_Tyhjenna(){

for(int i = 0; i < 8; i++){

  digitalWrite(Con_DS_Data, 0); // Kirjoitetaan 0:aa

  digitalWrite(Con_SHCP_Kello, HIGH);

  digitalWrite(Con_SHCP_Kello, LOW);}

  digitalWrite(Con_STCP_Siirto, HIGH);

  digitalWrite(Con_STCP_Siirto, LOW);

}// Tyhjennyksen loppu

int Fun_Viive(int Viive){

  Viive++;

  return(Viive);

}// Viiveen loppu

Haptiikka ja ”valkoinen keppi”

Haptiikka on tuntoaistiin perustuvaa aistimista. Lainaus Wikipediasta: Tuntoaistilla eli kosketustunnolla eli paineaistilla tarkoitetaan aistitoimintoa, jolla aistitaan painetta ja hahmotetaan kosketusta, terävyyttä, pehmeyttä, lämpötilaa, kipua ja kehon asentoja.

Tämä sovellus vaikuttaa lähinnä kipuaistiin, mutta niin hellästi, että kieli tuntee sen lähinnä kutituksena. Kielianturiin syötetty 5V:in pulssi on niin matalajännitteinen ja lyhyt, että se ei tunnu kipuna. Tietysti kokemuksessa täytyy olla yksilöllisiä eroja. Huomasin pöydällä laktrisapaloja, joten keksin kääriä elektrodit lakupalan päihin, joten samalla sai ”palkinnon”, sain suun magiaks’. Oleellinen tavoite on tuoda esiin käskyn pulseIn(Pin, HIGH/ LOW) (= pulse In, In isolla iillä) toiminta. Sen avulla voi suurella resoluutiolla mitata, kauanko digitaalipinni on alhaalla / ylhäällä.

Digitaalitekniikkassa on tähän aistiin liittyvien tuotteiden kehitys voimakkaan kehityksen kohteena. Tähän mennessä olemme voineet keskutella puheella etäällä olevan henkilön kanssa ja nykyään mukana on myös kuva. Siis kuulo ja näköaisti ovat nykytekniikalle jo arkipäivää. Ei varmaankaan (näin kuvittelen) mene enää montakaan vuotta, kun voimme aidon tuntuisesti kätellä toisella mantereella olevaa ystävää ja tehdä virtuaalilasit päässä yhteisen patikkaretken vaikkapa vuoristoon.

Mutta nyt laskeudun takaisin alavalle pinnalle. Verenpainemittari hajosi. Siinä paine muutetaan sähköiseksi signaaliksi pietsosähköisellä elementillä. Tässä elementissä mekaaninen puristus tai vääntö saa aikaan sähköjännitteen elementin napoihin. Arkisempi esimerkki ilmiöstä on sytkäri, missä on useita pietsokiteitä sarjassa (kunkin jännite kytkeytyy myös sarjaan) ja vasaran naksahtaessa elementtipinoon, syntyy kipinä, joka sytyttää kaasun, ja savukkeen voi sytyttää (toivottavasti kuitenkin tuuli sammuttaa liekin sitä ennen, jotta keuhkot säilyvät terveempinä).

Toiminto toimii toisinkin päin. Kun elemettiin tuodaan jännite, muuttaa kide muotoaan. Päivittäin törmäämme (tiedostamatta) ilmiöön esim. kännykän yhteydessä. Niissä on tarkkaa taajuutta ja aikaa muodostamassa värähtelevä kide. Arduinossa se näyttää tekevän 16 000 000 (16MHz) heilahdusta sekunnissa. Tavoittelin tuon mittarin elementin irroittamisella juuri tätä. Tarkoitukseni oli side silmillä ”tutkailla” ultraäänianturilla (HC-SR04) ympäristöä ja viedä näin saatu (jalostuksen jälkeen) signaali kehoon teipattuun pietsoelementtiin, jonka värähtelyn voisi tuntea iholla. Anturi toimi, mutta ei tarpeeksi voimakkaasti nyt käytettävissä olevilla jännitteillä (esim. 5V). Ajatus oli hylättävä. Onneksi muistin kuinka lapsena kielenpäällä kokeiltiin, vieläkö litteässä taskulampun paristossa oli ”virtaa” (oikeasti jännitettä 4,5V). Pitääpä siis hyödyntää kielen herkkää tuntoa.

Tähän mennessä tuo oli vasta ensimmäinen erehdys. Lisää oli tulossa! Ultraäänianturi (tämä tyyppi HC-SR04) toimii siten, että lyhyellä posittivisella pulssilla (OUT) trikataan anturia ja seuraavaksi toinen (IN) pinni asettuu HIGH (1) kaikua vastaavaksi ajaksi. Arduinon sisäinen laskuri päivittyy aikaan verrannollista pulsseita. Pulssiluku on suuri ja muuttujan täytyy olla unsigned long. Ääni kulkee ilmassa 340m sekunnissa. Ultraäänipulssi ottaa siis aikaa mennäkseen ja heijastuakseen takaisin. 

Tämän toiminnon aikana Arduino ei suorita mitään muuta ohjelmaa. Ennen kuin hoksasin tämän, oli kokeilussa kulunut paljon aikaa. Lakupala ehti hyvin liueta loppuun. (Tosin pureskelin sen siinä pähkäillessä.) Alkuperäiseen kuvitteluun nähden ohjelmasta tuli paljon yksinkertaisempi. Kaikki kielianturin pulssitukseen liittyvä laskenta jäi pois. Kaiusta muodostui luonnollinen viive. Sitä pidempi, mitä enemmän edessä on vapaata tilaa. Sekvenssillä hallitaan perusjksoa (noin 2s pulssiväli) ja kaiulla (eli lasketuilla pulsseilla) ohjelman kiertoaikaa. Tällöin kieli saa sykäyksen harvakseltaan, kun edessä on paljon tilaa ja ”sähköiskut” kiihtyvät, kun välimatka esteeseen lyhenee. Huoneissa tämä toimii hyvin, mutta ulkona tarvitaan kyllä muutakin (esim. GPS), tai joutuu helposti eksyksiin.

Ohjelma 21

/***************************************

 *  Ohjelma 21

 *  02.06.2016

 *  Haptiikka ja "valkoinen keppi"

 **************************************/

// Määrittelyt

const int Con_Pulssi = 8;

const int Con_Kaiku = 9;

unsigned long Ulo_Kesto1 = 0;

const int Con_LED13 = 13;

const  int Con_Hapti = 2;

int Seq_Pulssitus = 1;

const int Con_PulssiVali = 30;

int Int_PullsiVali = Con_PulssiVali;

// ASETUKSET:

void setup(){                 

 Serial.begin(9600);         

pinMode(Con_Pulssi, OUTPUT);

pinMode(Con_Kaiku, INPUT);

pinMode(Con_LED13, OUTPUT);

pinMode(Con_Hapti, OUTPUT);

}// Asetuksen loppu

// PÄÄLOOPPI        

void loop(){

// Paluupulssin pituuden mittaus

    digitalWrite(Con_Pulssi, HIGH);

    digitalWrite(Con_Pulssi, LOW);

     Ulo_Kesto1 = pulseIn(Con_Kaiku, HIGH); // Mittausjakso

// Muunnos anturille

switch (Seq_Pulssitus) {

  case 1:

    Int_PullsiVali = Con_PulssiVali;

     Seq_Pulssitus = 2;

    break;

  case 2:

    Int_PullsiVali--;

    if(Int_PullsiVali == 0){

      Fun_Pulssi();

      Seq_Pulssitus = 1;}

    break;

 } // Pulssisekvenssin loppu

delay(1);

} // Pääohjelma LOPPU

void Fun_Pulssi(){

  digitalWrite(Con_Hapti, HIGH);

  digitalWrite(Con_LED13, HIGH); 

  delay(30);

  digitalWrite(Con_LED13, LOW);

  digitalWrite(Con_Hapti, LOW); 

} // Aliohjeman loppu