Перейти к содержимому

← Universal Library for ESP32 | Contents | Next: - ESP-IDF framework C guide and examples. →

Руководство и примеры Arduino

Перед началом прочитайте обзор библиотеки: Universal library for ESP32

Новое в v2.0.0

  • Модульная внутренняя архитектура -- внутренняя структура библиотеки была переорганизована в отдельные модули. Публичный API не изменился; существующие скетчи компилируются и работают без изменений.
  • Шумовой фильтр zero-cross -- устраняет ложные срабатывания TRIAC, вызывавшие мерцание на некоторых нагрузках.
  • Двухпроходный ISR для синхронизации многоканальных систем -- все каналы на одной фазе теперь сортируются и срабатывают в одном полупериоде, устраняя межканальную временную нестабильность.
  • IRAM_ATTR на всех критичных по времени путях -- обработчики ISR и связанные функции размещены в IRAM, чтобы избежать промахов кэша flash-памяти во время критичных по времени операций.
  • Четыре новых параметра Kconfig -- конфигурируются через idf.py menuconfig для проектов ESP-IDF. Сборки Arduino используют значения по умолчанию, установленные во время компиляции (никаких действий не требуется).

Требования

  • Arduino ESP32 Core 3.x (протестировано с 3.0+)
  • Arduino IDE 2.x
  • Примеры переструктурированы в отдельные директории для каждого скетча для совместимости с Arduino IDE 2.x

Установка библиотеки

Arduino IDE

  1. Скачайте библиотеку rbdimmerESP32 как ZIP-архив
  2. В Arduino IDE выберите: Sketch > Include Library > Add .ZIP Library
  3. Выберите скачанный ZIP-файл
  4. Перезагрузите Arduino IDE для завершения установки

Пояснение операции библиотеки

Подготовка:

  1. Библиотека инициализируется с использованием rbdimmer_init()
  2. Детектор zero-crossing регистрируется с помощью rbdimmer_register_zero_cross()
  3. Канал диммера создается с помощью rbdimmer_create_channel()

Управление затемнением:

  • Установка уровня затемнения с rbdimmer_set_level(). Уровень затемнения задается в диапазоне 0(OFF) ~ 100(ON)
  • Плавный переход уровня затемнения с rbdimmer_set_level_transition(). Плавный переход от текущего уровня к заданному уровню в течение периода времени (в миллисекундах, 1s=1000ms)

Структуры данных

rbdimmer_config_t

c
typedef struct {
    uint8_t gpio_pin;                 // Dimmer GPIO
    uint8_t phase;                    // Phase number
    uint8_t initial_level;            // Initial dimming level
    rbdimmer_curve_t curve_type;      // Level Curve type
} rbdimmer_config_t;

Перечисления

rbdimmer_curve_t

Типы кривых уровня:

c
typedef enum {
    RBDIMMER_CURVE_LINEAR,      // Linear curve
    RBDIMMER_CURVE_RMS,         // RMS-compensated curve (for incandescent bulbs)
    RBDIMMER_CURVE_LOGARITHMIC  // Logarithmic curve (for dimmable LED)
} rbdimmer_curve_t;

rbdimmer_err_t

Ответы функции библиотеки:

c
typedef enum {
    RBDIMMER_OK = 0,            // Successful execution
    RBDIMMER_ERR_INVALID_ARG,   // Invalid argument
    RBDIMMER_ERR_NO_MEMORY,     // Not enough memory
    RBDIMMER_ERR_NOT_FOUND,     // Object not found
    RBDIMMER_ERR_ALREADY_EXIST, // Object already exists
    RBDIMMER_ERR_TIMER_FAILED,  // Timer initialization error
    RBDIMMER_ERR_GPIO_FAILED    // GPIO initialization error
} rbdimmer_err_t;

Константы и макросы

Константы в файле rbdimmerESP32.h. Вы можете изменить эти параметры:

c
#define RBDIMMER_MAX_PHASES 4                 // Maximum number of phases
#define RBDIMMER_MAX_CHANNELS 8               // Maximum number of channels
#define RBDIMMER_DEFAULT_PULSE_WIDTH_US 50    // Pulse width (us)
#define RBDIMMER_MIN_DELAY_US 100             // Minimum delay (us) — raised from 50 in v2.0.0

Функции

Инициализация и настройка

c
// Initialize the library
rbdimmer_err_t rbdimmer_init(void);
// Register a zero-cross detector
rbdimmer_err_t rbdimmer_register_zero_cross(uint8_t pin, uint8_t phase, uint16_t frequency);
// Create a dimmer channel
rbdimmer_err_t rbdimmer_create_channel(rbdimmer_config_t* config, rbdimmer_channel_t** channel);
// Set callback function for zero-cross events
rbdimmer_err_t rbdimmer_set_callback(uint8_t phase, void (*callback)(void*), void* user_data);

Управление затемнением

c
// Set dimming level
rbdimmer_err_t rbdimmer_set_level(rbdimmer_channel_t* channel, uint8_t level_percent);
// Set brightness with smooth transition
rbdimmer_err_t rbdimmer_set_level_transition(rbdimmer_channel_t* channel, uint8_t level_percent, uint32_t transition_ms);
// Set brightness curve type
rbdimmer_err_t rbdimmer_set_curve(rbdimmer_channel_t* channel, rbdimmer_curve_t curve_type);
// Activate/deactivate channel
rbdimmer_err_t rbdimmer_set_active(rbdimmer_channel_t* channel, bool active);

Информационные запросы

c
// Get current channel brightness
uint8_t rbdimmer_get_level(rbdimmer_channel_t* channel);
// Get measured mains frequency for the specified phase
uint16_t rbdimmer_get_frequency(uint8_t phase);
// Check if channel is active
bool rbdimmer_is_active(rbdimmer_channel_t* channel);
// Get channel curve type
rbdimmer_curve_t rbdimmer_get_curve(rbdimmer_channel_t* channel);
// Get current channel delay
uint32_t rbdimmer_get_delay(rbdimmer_channel_t* channel);

Пошаговое руководство

Этапы реализации инициализации библиотеки, регистрации фазы, детектора zero-cross, канала затемнения и управления затемнением:

1. Определите библиотеку и выводы

cpp
#include "rbdimmerESP32.h"
// Pins
#define ZERO_CROSS_PIN  18   // Zero-Cross pin
#define DIMMER_PIN      19   // Dimming control pin
#define PHASE_NUM       0    // Phase N (0 for single phase)

2. Создайте объект диммера

Для каждого диммера создайте объект:

cpp
rbdimmer_channel_t* dimmer_channel = NULL;

3. Инициализация библиотеки диммера

Функция возвращает статус:

cpp
rbdimmer_init();

4. Детектор zero-cross и регистрация фазы

Функция возвращает статус:

cpp
rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);

5. Конфигурация и создание канала диммера

cpp
rbdimmer_config_t config_channel = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,  // Initial dimming level 50%
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS  // Level Curve Selection. RMS-curve
};
rbdimmer_create_channel(&config_channel, &dimmer_channel);

6. Операция затемнения

cpp
rbdimmer_set_level(dimmer_channel, level);

7. Плавные переходы затемнения

cpp
rbdimmer_set_level_transition(dimmer_channel, 0, 5000);

Решения

Многоканальные системы диммирования

Библиотека поддерживает несколько независимых каналов затемнения. Количество каналов ограничено в настройках библиотеки в файле rbdimmerESP32.h. Каждый канал затемнения должен иметь отдельный вывод.

Пример создания двухканальной системы:

cpp
#define ZERO_CROSS_PIN  18
#define DIMMER_PIN_1    19
#define DIMMER_PIN_2    21
#define PHASE_NUM       0
rbdimmer_channel_t* channel1 = NULL;
rbdimmer_channel_t* channel2 = NULL;
void setup() {
  // Initialize library
  rbdimmer_init();
  // Register zero-cross detector (one per phase)
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);
  // Create first channel (incandescent bulbs)
  rbdimmer_config_t config1 = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN_1,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS
  };
  rbdimmer_create_channel(&config1, &channel1);
  // Create second channel (dimmable LED lighting)
  rbdimmer_config_t config2 = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN_2,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_LOGARITHMIC
  };
  rbdimmer_create_channel(&config2, &channel2);
}
void loop() {
  // Control channels independently
  rbdimmer_set_level(channel1, 75);
  rbdimmer_set_level(channel2, 25);
  delay(2000);
  rbdimmer_set_level(channel1, 25);
  rbdimmer_set_level(channel2, 75);
  delay(2000);
}

Использование функций обратного вызова прерывания

Функции обратного вызова позволяют вам синхронизировать ваш код с событиями zero-crossing. Это полезно для задач, требующих точной синхронизации с сетью переменного тока.

Пример регистрации и обработчика задач FreeRTOS:

cpp
// Callback function for zero-cross events
void zero_cross_callback(void* arg) {
  // process zero-cross events
  digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN)); // Flashing with ZC frequency
  // Any code
}
void setup() {
  // ... Lib inits ...
  // callback-function registry
  rbdimmer_set_callback(PHASE_NUM, zero_cross_callback, NULL);
  // ... any code ...
}

Трехфазные системы

Для трехфазных систем отдельный детектор zero-crossing должен быть зарегистрирован для каждой фазы:

cpp
#define ZERO_CROSS_PIN_PHASE_A  18
#define ZERO_CROSS_PIN_PHASE_B  19
#define ZERO_CROSS_PIN_PHASE_C  21
#define DIMMER_PIN_PHASE_A      22
#define DIMMER_PIN_PHASE_B      23
#define DIMMER_PIN_PHASE_C      25
#define PHASE_A  0
#define PHASE_B  1
#define PHASE_C  2
void setup() {
  // Lib init
  rbdimmer_init();
  // ZC detect registry for each phase
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN_PHASE_A, PHASE_A, 0);
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN_PHASE_B, PHASE_B, 0);
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN_PHASE_C, PHASE_C, 0);
  // Create dimming channels for each phase
  // ... dimming code ...
}

Мониторинг операций

Для отладки можно использовать встроенные функции библиотеки:

cpp
void printDimmerStatus(rbdimmer_channel_t* channel) {
  Serial.println("=== Dimmer Status ===");
  Serial.printf("Mains frequency: %d Hz\n", rbdimmer_get_frequency(0));
  Serial.printf("Brightness: %d%%\n", rbdimmer_get_level(channel));
  Serial.printf("Active: %s\n", rbdimmer_is_active(channel) ? "Yes" : "No");
  Serial.printf("Curve type: %d\n", rbdimmer_get_curve(channel));
  Serial.printf("Delay: %d us\n", rbdimmer_get_delay(channel));
  Serial.println("====================");
}

Устранение неполадок: мерцание

v2.0.0 включает несколько целевых исправлений для распространенных проблем мерцания:

Симптом Причина Исправление в v2.0.0
Общее мерцание / случайные скачки Срабатывание TRIAC повторно включает детектор zero-cross Шумовой фильтр zero-cross: ZC_DEBOUNCE_US = 3000 us окно подавления после каждого zero-cross, игнорирующее ложные края
Мерцание при 100% яркости Задержка срабатывания слишком близка к следующему zero-cross MIN_DELAY_US повышен до 100 us; уровни >= 100% сопоставляются внутри с 99%, поэтому TRIAC всегда получает надлежащий импульс затвора
Мерцание ниже 3% яркости TRIAC не может поддерживать ток при очень малых углах проводимости Уровни ниже LEVEL_MIN рассматриваются как полностью ВЫКЛЮЧЕНЫ, избегая ненадежного частичного срабатывания
Многоканальный дрожание / мерцание Каналы срабатывали с независимыми таймерами, вызывая конфликты планирования Двухпроходный ISR: все каналы на одной фазе сортируются по задержке и последовательно срабатывают в одной цепочке таймера в течение каждого полупериода

Если после обновления у вас все еще возникает мерцание, проверьте, чист ли ваш сигнал детектора zero-cross (нет звенения) и совместима ли ваша нагрузка с фазовым управлением, управляемым передней кромкой (TRIAC).

Базовые примеры для библиотеки AC Dimmer

Примеры скетчей находятся в отдельных директориях каждого скетча в examples/arduino/:

Пример Путь
Базовое управление диммером examples/arduino/BasicDimmer/BasicDimmer.ino
Переход яркости examples/arduino/BasicTransition/BasicTransition.ino
Несколько каналов диммера examples/arduino/MultiDimmer/MultiDimmer.ino
Обратный вызов Zero-Cross examples/arduino/ZCCallBack/ZCCallBack.ino

Базовое управление диммером

Описание: самый простой пример, показывающий, как управлять AC диммером с фиксированным уровнем яркости.

Файл: examples/arduino/BasicDimmer/BasicDimmer.ino

cpp
#include 
#include "rbdimmerESP32.h"
#define ZERO_CROSS_PIN 18
#define DIMMER_PIN 19
#define PHASE_NUM 0
rbdimmer_channel_t* dimmer = NULL;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  // Initialize the library
  rbdimmer_init();
  // Register zero-cross detector
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);
  // Create dimmer channel with RMS curve (best for incandescent bulbs)
  rbdimmer_config_t config = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,  // Start at 50% brightness
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS
  };
  rbdimmer_create_channel(&config, &dimmer);
  Serial.println("Dimmer initialized at 50% brightness");
}
void loop() {
  // Nothing needed in the loop - dimmer maintains its state
  delay(1000);
}

Переход яркости

Показывает, как создать плавные переходы между уровнями яркости.

Файл: examples/arduino/BasicTransition/BasicTransition.ino

cpp
#include 
#include "rbdimmerESP32.h"
#define ZERO_CROSS_PIN 18
#define DIMMER_PIN 19
#define PHASE_NUM 0
rbdimmer_channel_t* dimmer = NULL;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  // Initialize dimmer
  rbdimmer_init();
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);
  rbdimmer_config_t config = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 0,  // Start with light off
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS
  };
  rbdimmer_create_channel(&config, &dimmer);
  Serial.println("Dimmer initialized");
}
void loop() {
  // Fade up to 100% over 3 seconds
  Serial.println("Fading up...");
  rbdimmer_set_level_transition(dimmer, 100, 3000);
  delay(4000);  // Wait for transition + 1 second
  // Fade down to 10% over 3 seconds
  Serial.println("Fading down...");
  rbdimmer_set_level_transition(dimmer, 10, 3000);
  delay(4000);  // Wait for transition + 1 second
}

Несколько каналов диммера

Управляет двумя отдельными каналами диммера независимо.

Файл: examples/arduino/MultiDimmer/MultiDimmer.ino

cpp
#include 
#include "rbdimmerESP32.h"
#define ZERO_CROSS_PIN 18
#define DIMMER_PIN_1 19
#define DIMMER_PIN_2 21
#define PHASE_NUM 0
rbdimmer_channel_t* dimmer1 = NULL;
rbdimmer_channel_t* dimmer2 = NULL;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  // Initialize dimmer library
  rbdimmer_init();
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);
  // Create first dimmer channel (for incandescent bulb)
  rbdimmer_config_t config1 = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN_1,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS
  };
  rbdimmer_create_channel(&config1, &dimmer1);
  // Create second dimmer channel (for LED light)
  rbdimmer_config_t config2 = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN_2,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 50,
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_LOGARITHMIC  // Better for LEDs
  };
  rbdimmer_create_channel(&config2, &dimmer2);
  Serial.println("Two dimmer channels initialized");
}
void loop() {
  // Alternate level between channels
  Serial.println("Channel 1: 80%, Channel 2: 20%");
  rbdimmer_set_level(dimmer1, 80);
  rbdimmer_set_level(dimmer2, 20);
  delay(3000);
  Serial.println("Channel 1: 20%, Channel 2: 80%");
  rbdimmer_set_level(dimmer1, 20);
  rbdimmer_set_level(dimmer2, 80);
  delay(3000);
}

Обратный вызов Zero-Cross

Демонстрирует использование функции обратного вызова с задачей FreeRTOS для безопасной обработки событий zero-crossing, которые можно использовать для синхронизации с формой волны переменного тока без добавления задержки выполнения кода к обработчику прерывания.

Файл: examples/arduino/ZCCallBack/ZCCallBack.ino

cpp
#include 
#include "rbdimmerESP32.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#define ZERO_CROSS_PIN 18
#define DIMMER_PIN 19
#define LED_PIN 2  // Onboard LED for zero-cross visualization
#define PHASE_NUM 0
rbdimmer_channel_t* dimmer = NULL;
uint32_t zeroCount = 0;
// FreeRTOS components
QueueHandle_t zeroCrossQueue;
TaskHandle_t zeroCrossTaskHandle;
// Simple message type for our queue
typedef struct {
  uint32_t timestamp;
} ZeroCrossEvent_t;
// Callback function for zero-cross events (runs in ISR context)
void zeroCrossCallback(void* arg) {
  // Create event
  ZeroCrossEvent_t event;
  event.timestamp = millis();
  // Send to queue from ISR
  BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
  xQueueSendFromISR(zeroCrossQueue, &event, &xHigherPriorityTaskWoken);
  // If a higher priority task was woken, request context switch
  if (xHigherPriorityTaskWoken) {
    portYIELD_FROM_ISR();
  }
}
// Task to process zero-cross events
void zeroCrossProcessingTask(void* parameter) {
  ZeroCrossEvent_t event;
  // Task loop - will run forever
  for (;;) {
    // Wait for an item from the queue
    if (xQueueReceive(zeroCrossQueue, &event, portMAX_DELAY)) {
      // Process the event (now we're in task context, not ISR)
      // Toggle LED to visualize zero-crossing
      digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
      // Count zero-crossing events
      zeroCount++;
      // Additional processing can be done here safely
      // This doesn't affect the zero-cross interrupt timing
    }
  }
}
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  // Setup LED for visual zero-cross indication
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  // Create the queue to send events from ISR to task
  zeroCrossQueue = xQueueCreate(10, sizeof(ZeroCrossEvent_t));
  if (zeroCrossQueue == NULL) {
    Serial.println("Error creating the queue");
    while (1); // Stop execution on error
  }
  // Create the task to process zero-cross events
  BaseType_t xReturned = xTaskCreate(
    zeroCrossProcessingTask,  // Task function
    "ZeroCrossTask",          // Task name
    2048,                     // Stack size (bytes)
    NULL,                     // No parameters needed
    5,                        // Medium priority
    &zeroCrossTaskHandle      // Task handle
  );
  if (xReturned != pdPASS) {
    Serial.println("Error creating the task");
    while (1); // Stop execution on error
  }
  // Initialize dimmer
  rbdimmer_init();
  rbdimmer_register_zero_cross(ZERO_CROSS_PIN, PHASE_NUM, 0);
  // Register zero-cross callback
  rbdimmer_set_callback(PHASE_NUM, zeroCrossCallback, NULL);
  // Create dimmer channel
  rbdimmer_config_t config = {
    .gpio_pin = DIMMER_PIN,
    .phase = PHASE_NUM,
    .initial_level = 60,
    .curve_type = RBDIMMER_CURVE_RMS
  };
  rbdimmer_create_channel(&config, &dimmer);
  Serial.println("Dimmer with zero-cross callback and task processing initialized");
}
void loop() {
  // Print zero-cross statistics every second
  static unsigned long lastPrint = 0;
  if (millis() - lastPrint >= 1000) {
    uint16_t frequency = rbdimmer_get_frequency(PHASE_NUM);
    Serial.printf("Zero-cross count: %u, Detected frequency: %u Hz\n",
                  zeroCount, frequency);
    lastPrint = millis();
  }
  delay(10);
}
  • Обработчик ISR (Interrupt Service Routine) остается предельно коротким - он только отправляет сообщение в очередь
  • Вся логика обработки перемещена в выделенную задачу FreeRTOS
  • Используются надлежащие механизмы FreeRTOS для безопасного взаимодействия между ISR и задачей
  • Предотвращаются любые проблемы с временем в обнаружении zero-crossing путем отделения обработки прерывания от обработки

Этот подход соответствует лучшим практикам для систем реального времени, где обработчики прерываний должны быть максимально короткими, чтобы избежать влияния на синхронизацию системы и отзывчивость.

Смотрите CHANGELOG.md для полного списка изменений в каждом выпуске.

← Universal Library for ESP32 | Contents | Next: - ESP-IDF framework C guide and examples. →

Новое в v2.0.0 Требования Установка библиотеки Пошаговое руководство Решения Устранение неполадок: мерцание Базовые примеры для библиотеки AC Dimmer