Arduino循环中的奇怪行为

Question

我正在 Arduino 中创建距离测量系统（Mega2560 板，Arduino 1.8.9，JSN-SR04T-2.0 超声波传感器）。由于传感器不是很稳定，我想平均 15 次测量或每 500 毫秒的测量值，以先发生者为准。这些值存储在一个 15 整数长的数组中，并且有一个计数器可以告诉您进行了多少次测量。问题是，当完成 15 次测量并且我想要平均时（不包含在代码中，只有 if(...) 部分），计数器从 14 跳到一个非常高的值而没有任何解释，并从那里继续计数.另外，如果我设置了一个非常高的循环时间（例如 1800 毫秒），有时它会回到 0 而不进入 if 结构（cntr=0 行所在的位置）。

我将代码精简到最低限度，以找出可能导致问题的原因。似乎当我使用存储在“valueArrayUS”中的值时，它不起作用。如果我将其注释掉，它会起作用。我尝试了 2 种不同的方式来使用该值，但都搞砸了。

最少的可运行代码是这样的：

int trigPin = 8;    // Trigger
int echoPin = 9;    // Echo
int cntr=0; //how many measurements
long startTime=0; //start time of cycle
int valueArrayUS[15]; //max 15 values per cycle
int valueArrayUScp[15]; //copy of valueArrayUS
int sumUS=0;
long duration, cm;
int i=0, j=0;

void setup() {
  Serial.begin (9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);

  for (i=0; i<15; i++) {
    valueArrayUS[i]=0; //default state
    valueArrayUScp[i]=valueArrayUS[i];
  }
  startTime=millis(); //time counter start
}

void loop() {

  //ultrasonic measurement
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(50);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(20);
  digitalWrite(trigPin, LOW);

  duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 38000); //if no object is detected -> 38 ms long pulse from sensor -> 38 ms timeout
  cm = (duration/2) / 29.1;     // Divide by 29.1 or multiply by 0.0343
  valueArrayUS[cntr]=cm;

  Serial.print("cntr:  ");
  Serial.print(cntr);
  Serial.println();

  if ((millis()-startTime>500) || (cntr==15)) { //cycle is ended or buffer full

    Serial.print("enters the cycle, cycle time: ");
    Serial.println();
    Serial.print(millis()-startTime);
    Serial.print(" ms ");
    Serial.println();
    Serial.print("cntr at cycle start: ");
    Serial.print(cntr);
    Serial.println();

    //averaging would be here
    for (j=0; j<15; j++) { 
      valueArrayUScp[j]=valueArrayUS[j];  //THIS IS WHERE IT GOES WRONG
      //sumUS=sumUS+valueArrayUS[j]; //THIS IS WHERE IT GOES WRONG
    }

   for (i=0; i<15; i++) {
    valueArrayUS[i]=0; //default state
    }
    cntr=0; 
    startTime=millis();
    }
  else {
    cntr=cntr+1;
    Serial.print("cntr++    ");
    Serial.println();
  }
}

你可以看到注释行和它上面的行，都破坏了代码。如果两者都被注释掉，它会按预期工作。如果其中任何一个存在，结果如下：

15:51:33.848 -> cntr:  11
15:51:33.894 -> cntr++    
15:51:33.894 -> cntr:  12
15:51:33.894 -> cntr++    
15:51:33.894 -> cntr:  13
15:51:33.942 -> cntr++  
15:51:33.942 -> cntr:  14
15:51:33.942 -> cntr++    
15:51:33.942 -> cntr:  117
15:51:33.989 -> cntr++   
15:51:33.989 -> cntr:  118
15:51:33.989 -> cntr++    
15:51:34.036 -> cntr:  119
15:51:34.036 -> cntr++    
15:51:34.036 -> cntr:  120
15:51:34.036 -> cntr++    
15:51:34.083 -> cntr:  121
15:51:34.083 -> cntr++    
15:51:34.083 -> cntr:  122
15:51:34.083 -> cntr++    
15:51:34.129 -> cntr:  123
15:51:34.129 -> cntr++    
15:51:34.129 -> cntr:  124
15:51:34.129 -> cntr++    
15:51:34.176 -> cntr:  125
15:51:34.176 -> cntr++    
15:51:34.176 -> cntr:  126
15:51:34.223 -> enters the cycle, cycle time: 
15:51:34.223 -> 557 ms 
15:51:34.270 -> cntr at cycle start: 126
15:51:34.270 -> cntr:  0
15:51:34.270 -> cntr++    
15:51:34.318 -> cntr:  1

应该是：

15:57:33.132 -> cntr:  14
15:57:33.132 -> cntr++    
15:57:33.132 -> cntr:  15
15:57:33.132 -> enters the cycle, cycle time: 
15:57:33.179 -> 392 ms 
15:57:33.179 -> cntr at cycle start: 15
15:57:33.226 -> cntr:  0
15:57:33.226 -> cntr++    
15:57:33.226 -> cntr:  1

是什么原因造成的？

Answer 1

你的循环这样做：

{
  valueArrayUS[cntr]=cm;
    //...
  if ((millis()-startTime>500) || (cntr==15)) { //cycle is ended or buffer full
    //...
  else {
    cntr=cntr+1;
  }
}

删除其余代码后，更容易看出您是：

1. 使用cntr
2. 测试 cntr 是否为 15（即超过数组末尾）
3. 正在更新cntr

前 15 次通过 loop() 不是问题，但在第 15 次之后，cntr 在函数结束时变为 15，在下一次通过函数时，您最终会这样做：

valueArrayUS[15]=cm;

这意味着您正在写入超出数组末尾的内容，并且看起来valueArrayUS 之后内存中的下一个内容必须是cntr，因为您显然正在写入该值。

这是问题的核心，但一旦发生这种情况，你就会陷入痛苦的世界，因为现在 cntr 的值可能 > 15，所以你的 cntr==15 条件不成立，现在loop 将在valueArrayUS 末尾写入传感器值。这将有效地占用您的内存，并且在给定的运行中究竟要覆盖哪些内存将取决于传感器碰巧读取的内容。

要修复，您需要重新安排步骤：

1. 检查cntr是否在范围内
2. 如果不是，请进行计算并重置cntr
3. 如果cntr 在界限内，那么您可以读取传感器、存储值并更新cntr

另外，防御性代码：

• 将您的条件从cntr == 15 更改为cntr > 14 或cntr >= 15
• 在本地声明您的其他循环变量i 和j，例如：for (int i...