کلید پاسخ آزمون پیشرفته Arduino

سؤال ۱ — millis و Overflow

الف) چرا "==" مناسب نیست؟

مثلاً اگر بنویسیم:

if (millis() == previous + interval)

ممکن است مقدار millis() از مقدار موردنظر عبور کند و شرط هیچ‌وقت اجرا نشود.

روش صحیح

unsigned long previous = 0;
const unsigned long interval = 1000;

void loop() {
    unsigned long current = millis();

    if (current - previous >= interval) {
        Serial.println("EVENT");
        previous = current;
    }
}

ب) Overflow چیست؟

ج) چرا تفریق بهتر است؟

د) تفاوت دو روش

previous = millis();

در روش previous += interval;

سؤال ۲ — uint8_t و Underflow

کد:

uint8_t i = 10;

while (i >= 0) {
    Serial.println(i);
    i--;
}

مشکل چیست؟

بنابراین وقتی i = 0; و سپس i--; انجام شود، مقدار به 255 برمی‌گردد.

در نتیجه شرط i >= 0 برای uint8_t همیشه درست است و حلقه می‌تواند بی‌نهایت ادامه پیدا کند.

راه‌حل ۱

استفاده از int:

int i = 10;

while (i >= 0) {
    Serial.println(i);
    i--;
}

راه‌حل ۲

استفاده از شرط مناسب برای unsigned:

uint8_t i = 10;

while (i > 0) {
    Serial.println(i);
    i--;
}

Serial.println(0);

سؤال ۳ — break و continue

کد:

for (int i = 0; i < 10; i++) {

    if (digitalRead(BUTTON) == LOW) {
        continue;
    }

    if (counter >= 5) {
        break;
    }

    counter++;
}

"continue"

"break"

وقتی counter برابر 5 شود

کاربردها

"break":

if (condition) {
    break;
}

برای خروج زودهنگام از حلقه.

"continue":

if (invalid) {
    continue;
}

برای رد کردن iteration فعلی.

سؤال ۴ — EEPROM

کد:

void loop() {
    int value = analogRead(A0);
    EEPROM.write(10, value);
    delay(100);
}

مشکلات

1. analogRead() در Arduino Uno مقداری بین 0 تا 1023 می‌دهد.
2. EEPROM.write() فقط یک byte می‌نویسد؛ بنابراین نمی‌توان مقدار 1023 را به شکل کامل در یک byte ذخیره کرد.
3. نوشتن مداوم در EEPROM باعث فرسایش سلول‌های EEPROM می‌شود.
4. delay(100) اجرای سایر بخش‌های برنامه را متوقف می‌کند.
5. اگر مقدار تغییر نکرده، بهتر است از نوشتن غیرضروری جلوگیری شود.

اگر فقط یک byte لازم باشد

EEPROM.update(address, value);

برای ذخیره int

می‌توان از:

EEPROM.put(address, value);

استفاده کرد. و برای خواندن:

EEPROM.get(address, value);

نکته مهم

سؤال ۵ — سیستم هشدار بدون Blocking

شرایط:

• فاصله بیشتر از 100 → حالت عادی
• فاصله بین 50 تا 100 → هشدار
• فاصله کمتر از 50 → خطر
• استفاده از millis()
• بدون delay()
• امکان کار همزمان با HC-05

نمونه پاسخ

enum AlarmState {
    NORMAL,
    WARNING,
    DANGER
};

AlarmState state = NORMAL;

unsigned long previousMillis = 0;
const unsigned long interval = 100;

#define LED_PIN 9
#define BUZZER_PIN 3

void updateAlarm(int distance) {

    if (distance > 100) {
        state = NORMAL;
    }
    else if (distance >= 50) {
        state = WARNING;
    }
    else {
        state = DANGER;
    }
}

void handleNormal() {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    noTone(BUZZER_PIN);
}

void handleWarning() {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    tone(BUZZER_PIN, 500);
}

void handleDanger() {
    noTone(BUZZER_PIN);

    int pwm = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 255);
    analogWrite(LED_PIN, pwm);

    tone(BUZZER_PIN, 1000);
}

void loop() {

    unsigned long current = millis();

    if (current - previousMillis >= interval) {
        previousMillis = current;

        // خواندن سنسور
        // updateAlarm(distance);
    }

    switch (state) {

        case NORMAL:
            handleNormal();
            break;

        case WARNING:
            handleWarning();
            break;

        case DANGER:
            handleDanger();
            break;
    }

    // در این قسمت HC-05 نیز می‌تواند
    // بدون delay پردازش شود.
}

سؤال ۶ — کنترل موتور با L298N

پایه‌ها:

#define ENA 5
#define IN1 7
#define IN2 8

تابع باید سرعت بین -255 تا 255 بگیرد.

void setMotor(int speed) {

    speed = constrain(speed, -255, 255);

    if (speed > 0) {

        digitalWrite(IN1, HIGH);
        digitalWrite(IN2, LOW);

        analogWrite(ENA, speed);
    }

    else if (speed < 0) {

        digitalWrite(IN1, LOW);
        digitalWrite(IN2, HIGH);

        analogWrite(ENA, -speed);
    }

    else {

        digitalWrite(IN1, LOW);
        digitalWrite(IN2, LOW);

        analogWrite(ENA, 0);
    }
}

نکته مهم

• +150 → حرکت در جهت اول
• -150 → حرکت در جهت مخالف
• 0 → توقف

سؤال ۷ — map و constrain

هدف:

ADC: 120 تا 900
        ↓
PWM: 40 تا 220

تابع: uint8_t calculatePWM(int sensorValue)

پاسخ مناسب

uint8_t calculatePWM(int sensorValue) {

    sensorValue = constrain(sensorValue, 120, 900);

    int pwm = map(
        sensorValue,
        120, 900,
        40, 220
    );

    pwm = constrain(pwm, 40, 220);

    return (uint8_t)pwm;
}

نکته مهم

سؤال ۸ — ارسال پارامتر با Reference

تابع باید سه عدد بگیرد و موارد زیر را برگرداند:

• minimum
• maximum
• average
• range

بدون استفاده از متغیر global.

void analyzeValues(
    int a,
    int b,
    int c,
    int &minimum,
    int &maximum,
    float &average,
    int &range
) {

    minimum = a;

    if (b < minimum)
        minimum = b;

    if (c < minimum)
        minimum = c;


    maximum = a;

    if (b > maximum)
        maximum = b;

    if (c > maximum)
        maximum = c;


    average = (a + b + c) / 3.0;

    range = maximum - minimum;
}

مثلاً:

int minValue;
int maxValue;
float avg;
int range;

analyzeValues(
    10,
    25,
    17,
    minValue,
    maxValue,
    avg,
    range
);

نتیجه:

minimum = 10
maximum = 25
average = 17.33
range = 15

سؤال ۹ — Parser برای HC-05

دستورات ورودی:

AUTO
MANUAL
MOTOR:150
MOTOR:-100
LED:80
BUZZER:1000

یک ساختار مناسب:

enum Mode {
    AUTO_MODE,
    MANUAL_MODE
};

Mode mode = AUTO_MODE;

char buffer[32];
byte index = 0;

دریافت کاراکترها

void receiveBluetooth() {

    while (Serial.available()) {

        char c = Serial.read();

        // نادیده گرفتن کاراکترهای نامعتبر
        if (c == '\r') {
            continue;
        }

        // پایان دستور
        if (c == '\n') {
            buffer[index] = '\0';
            processCommand(buffer);
            index = 0;
            break;
        }

        if (index < sizeof(buffer) - 1) {
            buffer[index++] = c;
        }
    }
}

پردازش

void processCommand(char *cmd) {

    if (strcmp(cmd, "AUTO") == 0) {
        mode = AUTO_MODE;
        return;
    }

    if (strcmp(cmd, "MANUAL") == 0) {
        mode = MANUAL_MODE;
        return;
    }

    if (strncmp(cmd, "MOTOR:", 6) == 0) {

        int value = atoi(cmd + 6);

        value = constrain(value, -255, 255);

        setMotor(value);

        return;
    }

    if (strncmp(cmd, "LED:", 4) == 0) {

        int value = atoi(cmd + 4);

        value = constrain(value, 0, 255);

        analogWrite(LED_PIN, value);

        return;
    }

    if (strncmp(cmd, "BUZZER:", 7) == 0) {

        int frequency = atoi(cmd + 7);

        if (frequency > 0) {
            tone(BUZZER_PIN, frequency);
        }
        else {
            noTone(BUZZER_PIN);
        }

        return;
    }
}

ساختار منطقی Parser

Receive
   ↓
Buffer
   ↓
تشخیص کامل شدن دستور
   ↓
Parse
   ↓
Validate
   ↓
Execute

سؤال ۱۰ — State Machine

چهار حالت:

IDLE
WARNING
DANGER
ERROR

شرایط:

distance > 100      → IDLE
50 <= distance <=100 → WARNING
distance < 50       → DANGER
distance < 0        → ERROR

تعریف

enum SystemState {
    IDLE,
    WARNING,
    DANGER,
    ERROR_STATE
};

SystemState currentState = IDLE;

تابع تعیین State

SystemState calculateState(int distance) {

    if (distance < 0)
        return ERROR_STATE;

    if (distance < 50)
        return DANGER;

    if (distance <= 100)
        return WARNING;

    return IDLE;
}

تشخیص تغییر State

void updateState(int distance) {

    SystemState newState = calculateState(distance);

    if (newState != currentState) {

        currentState = newState;

        executeStateChange(currentState);
    }
}

اجرای رویداد هنگام تغییر

void executeStateChange(SystemState state) {

    switch (state) {

        case IDLE:
            noTone(BUZZER_PIN);
            // LCD: IDLE
            break;

        case WARNING:
            tone(BUZZER_PIN, 500);
            // LCD: WARNING
            break;

        case DANGER:
            tone(BUZZER_PIN, 1000);
            // LCD: DANGER
            break;

        case ERROR_STATE:
            noTone(BUZZER_PIN);
            // LCD: ERROR
            break;
    }
}

نکته مهم