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Arduino 周期任务

介绍​

在Arduino编程中，周期任务是指以固定时间间隔重复执行的任务。这种任务在许多应用中非常常见，例如定时读取传感器数据、控制LED闪烁、或定期发送数据到服务器。掌握周期任务的实现方法，是Arduino编程的基础之一。

本文将逐步讲解如何在Arduino中实现周期任务，并通过代码示例和实际案例帮助你理解其应用。

基本概念​

1. 使用 delay() 函数​

最简单的实现周期任务的方法是使用 delay() 函数。delay() 函数会暂停程序的执行，直到指定的时间（以毫秒为单位）过去。

cpp
void loop() {
  // 执行任务
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 打开LED
  delay(1000); // 等待1秒
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 关闭LED
  delay(1000); // 等待1秒
}
备注

delay() 函数会阻塞程序的执行，这意味着在等待期间，Arduino无法执行其他任务。因此，delay() 适用于简单的任务，但在需要同时执行多个任务时，可能会出现问题。

2. 使用 millis() 函数实现非阻塞周期任务​

为了在Arduino中实现非阻塞的周期任务，可以使用 millis() 函数。millis() 函数返回自Arduino启动以来的毫秒数，通过比较当前时间与上一次任务执行的时间，可以判断是否应该执行任务。

cpp
unsigned long previousMillis = 0; // 存储上一次任务执行的时间
const long interval = 1000; // 任务执行间隔，单位为毫秒

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis(); // 获取当前时间

  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis; // 更新上一次任务执行的时间

    // 执行任务
    digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 切换LED状态
  }
}
提示

使用 millis() 函数可以实现非阻塞的周期任务，允许Arduino在等待期间执行其他任务。

实际案例​

案例1：定时读取传感器数据​

假设你需要每隔5秒读取一次温度传感器的数据，并将数据发送到串口监视器。以下是实现代码：

cpp
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 5000; // 5秒

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

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

    // 读取温度传感器数据
    float temperature = readTemperatureSensor();

    // 发送数据到串口监视器
    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.println(temperature);
  }
}

float readTemperatureSensor() {
  // 模拟读取温度传感器数据
  return 25.0; // 假设温度为25度
}

案例2：多任务周期控制​

假设你需要同时控制两个LED，一个每隔1秒闪烁一次，另一个每隔2秒闪烁一次。以下是实现代码：

cpp
unsigned long previousMillisLED1 = 0;
unsigned long previousMillisLED2 = 0;
const long intervalLED1 = 1000; // 1秒
const long intervalLED2 = 2000; // 2秒

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

  // 控制LED1
  if (currentMillis - previousMillisLED1 >= intervalLED1) {
    previousMillisLED1 = currentMillis;
    digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 切换LED1状态
  }

  // 控制LED2
  if (currentMillis - previousMillisLED2 >= intervalLED2) {
    previousMillisLED2 = currentMillis;
    digitalWrite(2, !digitalRead(2)); // 切换LED2状态
  }
}

总结​

在Arduino中实现周期任务有两种主要方法：使用 delay() 函数和使用 millis() 函数。delay() 函数简单易用，但会阻塞程序的执行；而 millis() 函数可以实现非阻塞的周期任务，适合需要同时执行多个任务的场景。

通过本文的讲解和实际案例，你应该已经掌握了如何在Arduino中实现周期任务。接下来，你可以尝试将这些概念应用到自己的项目中。

附加资源与练习​

  • 练习1：修改案例1中的代码，使其每隔10秒读取一次湿度传感器的数据，并将数据发送到串口监视器。
  • 练习2：尝试在案例2中添加第三个LED，使其每隔3秒闪烁一次。
  • 附加资源：阅读Arduino官方文档中关于 millis() 和 delay() 函数的详细说明，了解更多高级用法。
警告

在使用 millis() 函数时，注意 unsigned long 类型的变量可能会在约49天后溢出。如果你的项目需要运行超过49天，请考虑使用其他方法处理时间溢出问题。