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树莓派——舵机

news 来源：原创 2024/5/14 10:03:50

树莓派——舵机

舵机

介绍

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。可以旋转到 0 到 180 度之间的任何角度，然后根据您的指令精确停止，因此适用于需要角度变化和保持的控制系统。舵机是一个不专业的名称，实际上它是一种伺服电机，一套自动控制装置，由直流电机，减速齿轮组，传感器和控制电路组成。什么是自动控制？所谓的自动控制 - 通过使用闭环反馈控制电路不断调整输出偏差 - 使系统输出恒定。
舵机是一种伺服马达，在0到180度之间进行旋转。英文名为micro servo。

工作原理

舵机控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为 20ms，宽度为 1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为 0，电机停止转动。舵机具有最大旋转角度，中间位置是指从该位置到最小角度的体积，并且最大角度完全相同。最重要的部分，最大旋转角度随着不同的转向齿轮而变化，但中间位置的带宽是确定的，即 1.5 毫秒。
有一个基准电路，产生周期为 20ms，宽度为 1.5ms 的基准信号，与输入信号进行对比，正负决定正反转。

控制

舵机的控制一般需要一个 20ms 左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为 0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以 180 度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：
⚫ 0.5ms--------------0 度；
⚫ 1.0ms------------45 度；
⚫ 1.5ms------------90 度；
⚫ 2.0ms-----------135 度；
⚫ 2.5ms-----------180 度

旋转角度由来自控制线的连续脉冲产生。该方法称为脉冲调制。脉冲长度决定了转向器的旋转角度。
在这里插入图片描述
当舵机接收到小于 1.5ms 的脉冲时，输出轴将作为标准中间位置，逆时针旋转一定角度; 当接收
脉冲大于 1.5ms 时，输出轴顺时针旋转。不同品牌的转向器，甚至同一品牌的不同转向器，最大值和最小值可能不同。
在这里插入图片描述
舵机的旋转由脉冲来控制。对于数字和模拟的舵机来说，其控制方式还有些区别

树莓派使用

一般来说，舵机由三根线进行控制，电源线，地线，信号线，实际上舵机的只由信号线进行控制。
红色线是电源线，棕色线是底线，橙色线是信号线。

IO模拟使用（使用GPIO模拟pwm控制舵机旋转）

接线方式如下：
在这里插入图片描述
代码：
其实就是使用io空输出一个0.5ms到2.5ms的周期为20ms的脉冲，但是总感觉控制不太准确，可能是io模拟的原因。
映射关系：

时间(ms)	角度(°)
0.5	0
1.0	45
1.5	90
2.0	135
2.5	180


#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringSerial.h>

int cyc = 20000;
int pwmPin = 28;
int value;

/**
 * @brief 将0~180°映射到0.5ms到2.5ms的一次脉冲（周期为20ms）
 * 
 * @param temp 
 */
void pwm_fun(int temp)
{
    digitalWrite(pwmPin, HIGH);
    delayMicroseconds(500 + temp * 500 / 45);
    digitalWrite(pwmPin, 0);
    delayMicroseconds((cyc - (500 + temp * 500 / 45)));
}
int main()
{
    wiringPiSetup();
    pinMode(pwmPin, OUTPUT);
    for (int i = 0; i <= 180; i += 10)
    {
        pwm_fun(i);
    }

    int angle;
    while (1)
    {
        printf("Please the angle of spin [0,180]:\n");
        scanf("%d",&angle);
        printf("The angle is %d\n",angle);
        pwm_fun(angle);

    }
}