Arduino基础入门篇28—舵机控制

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。目前在高档遥控玩具、航模、机器人中已经得到普遍使用。舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。本篇通过官方驱动库来实现舵机控制。

1. 舵机介绍

  • 结构组成
    舵机实际上是一种位置伺服的驱动器,主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。
内部结构
  • 工作原理
    舵机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。经过电路板IC方向判断,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回信号,判断是否已经到位。

    舵机转动的角度是通过调节PWM「脉冲宽度调制」信号的占空比来实现的。标准的PWM信号的周期固定为20ms,理论上脉宽分布应该在1ms到2ms之间,实际上可由0.5ms到2.5ms之间,脉宽与转角0°—180°相对应。不同厂家不同型号的舵机也会有所差异。

PWM控制
  • 外部接线
    舵机一般都外接三根线,分别用棕、红、橙三种颜色进行区分,由于品牌不同,颜色也会有所差异,棕色为接地线,红色为电源正极线,橙色为信号线。
控制线

由于Arduino的驱动能力有限,当需要控制多个舵机时,需要外接电源以及使用专用的舵机控制板。

舵机控制板

2. 实验材料

  • Uno R3开发板
  • 配套USB数据线
  • 配套连接线
  • 舵机

3. 实验步骤

1. 根据原理图搭建电路。

线路连接非常简单,舵机红色线接开发板5V,棕色线接开发板GND,橙色信号线接开发板数字引脚9。

实验原理图如下图所示:

实验原理图

实物连接图如下图所示:

实物连接图

2. 新建sketch,拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // 定义Servo对象来控制
int pos = 0;    // 角度存储变量

void setup() {
  myservo.attach(9);  // 控制线连接数字9
}

void loop() {
  for (pos = 0; pos <= 180; pos ++) { // 0°到180°
    // in steps of 1 degree
    myservo.write(pos);              // 舵机角度写入
    delay(5);                       // 等待转动到指定角度
  }
  for (pos = 180; pos >= 0; pos --) { // 从180°到0°
    myservo.write(pos);              // 舵机角度写入
    delay(5);                       // 等待转动到指定角度
  }
}

3. 连接开发板,设置好对应端口号和开发板类型,进行程序下载。

程序下载

4. 实验现象

舵机在0°和180°间不断转动。

实验现象

5. 库函数介绍

用Arduino控制舵机一般有两种方法:

  1. 通过Arduino的普通数字引脚产生占空比不同的方波,模拟产生PWM信号进行舵机控制。
  2. 直接利用Arduino自带的Servo库进行控制。

Servo库常用函数:

  • Attach(接口)—设定舵机接口。
  • Write(角度)—用于设定舵机旋转的角度,可设定范围0°—180°。
  • Read()—用于读取舵机角度的语句,可理解为读取最后一条write()命令中的值。

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