Arduino—舵机控制
2016-10-22 19:53
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舵机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。
工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机,其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。经由电路板上的IC 判断转动方向,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,判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。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。一般舵机旋转的角度范围是0 度到180 度。
舵机的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PWM(脉冲宽度调制)信号的周期固定为20ms(50Hz),理论上脉宽分布应在1ms到2ms 之间,但是,事实上脉宽可由0.5ms 到2.5ms 之间,脉宽和舵机的转角0°~180°相对应。
有一点值得注意的地方,由于舵机牌子不同,对于同一信号,不同牌子的舵机旋转的角度也会有所不同。
Arduino 控制舵机的方法有两种:
第一种是通过Arduino 的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波,模拟产生PWM 信号进行舵机定位,
第二种是直接利用Arduino 自带的Servo 函数进行舵机的控制,这种控制方法的优点在于程序编写,缺点是只能控制2 路舵机,因为Arduino 自带函数只能利用数字9、10 接口。Arduino 的驱动能力有限,所以当需要控制1 个以上的舵机时需要外接电源。
编写程序:
转动舵机到用户输入数字所对应的角度数的位置,并将角度打印显示到屏幕上。
Arduino自带舵机类库文件Servo.h:
servo.cpp源码:
工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机,其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。经由电路板上的IC 判断转动方向,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,判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。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。一般舵机旋转的角度范围是0 度到180 度。
舵机的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PWM(脉冲宽度调制)信号的周期固定为20ms(50Hz),理论上脉宽分布应在1ms到2ms 之间,但是,事实上脉宽可由0.5ms 到2.5ms 之间,脉宽和舵机的转角0°~180°相对应。
有一点值得注意的地方,由于舵机牌子不同,对于同一信号,不同牌子的舵机旋转的角度也会有所不同。
Arduino 控制舵机的方法有两种:
第一种是通过Arduino 的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波,模拟产生PWM 信号进行舵机定位,
第二种是直接利用Arduino 自带的Servo 函数进行舵机的控制,这种控制方法的优点在于程序编写,缺点是只能控制2 路舵机,因为Arduino 自带函数只能利用数字9、10 接口。Arduino 的驱动能力有限,所以当需要控制1 个以上的舵机时需要外接电源。
编写程序:
转动舵机到用户输入数字所对应的角度数的位置,并将角度打印显示到屏幕上。
int servopin=11;//定义数字接口9 连接伺服舵机信号线 int myangle;//定义角度变量0-180 int pulsewidth;//定义脉宽变量 int val; //0-9 void servopulse(int servopin,int myangle)//定义一个脉冲函数 { pulsewidth=(myangle*11)+500;//将角度转化为500-2480 的脉宽值 digitalWrite(servopin,HIGH);//将舵机接口电平至高 delayMicroseconds(pulsewidth);//延时脉宽值的微秒数weimiao digitalWrite(servopin,LOW);//将舵机接口电平至低 delay(20-pulsewidth/1000); } void setup() { pinMode(servopin,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口 Serial.begin(9600);//连接到串行端口,波特率为9600 Serial.println("servo=o_seral_simple ready" ) ; } void loop()//将0 到9 的数转化为0 到180 角度,并让LED 闪烁相应数的次数 { val=Serial.read();//读取串行端口的值 if(val>'0'&&val<='9') { val=val-'0';//将特征量转化为数值变量 val=val*(180/9);//将数字转化为角度 Serial.print("moving servo to "); //DEC:十进制形式输出 b 的 ASCII 编码值,并同时跟随一个回车和换行符 Serial.print(val,DEC); Serial.println(); for(int i=0;i<=50;i++) //给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(servopin,val);//引用脉冲函数 } } }
Arduino自带舵机类库文件Servo.h:
#include <Servo.h> Servo myservo; // create servo object to control a servo // a maximum of eight servo objects can be created int pos = 0; // variable to store the servo position void setup() { myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object } void loop() { for(pos = 0; pos < 180; pos += 1) // goes from 0 degrees to 180 degrees { // in steps of 1 degree myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos' delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position } for(pos = 180; pos>=1; pos-=1) // goes from 180 degrees to 0 degrees { myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos' delay(15); // waits 15ms for the servo to reach th 4000 e position } }
servo.cpp源码:
uint8_t Servo::attach(int pin) { return this->attach(pin, MIN_PULSE_WIDTH, MAX_PULSE_WIDTH); } uint8_t Servo::attach(int pin, int min, int max) { if(this->servoIndex < MAX_SERVOS ) { pinMode( pin, OUTPUT) ; // set servo pin to output servos[this->servoIndex].Pin.nbr = pin; // todo min/max check: abs(min - MIN_PULSE_WIDTH) /4 < 128 this->min = (MIN_PULSE_WIDTH - min)/4; //resolution of min/max is 4 uS this->max = (MAX_PULSE_WIDTH - max)/4; // initialize the timer if it has not already been initialized timer16_Sequence_t timer = SERVO_INDEX_TO_TIMER(servoIndex); if(isTimerActive(timer) == false) initISR(timer); servos[this->servoIndex].Pin.isActive = true; // this must be set after the check for isTimerActive } return this->servoIndex ; } void Servo::detach() { servos[this->servoIndex].Pin.isActive = false; timer16_Sequence_t timer = SERVO_INDEX_TO_TIMER(servoIndex); if(isTimerActive(timer) == false) { finISR(timer); } } void Servo::write(int value) { if(value < MIN_PULSE_WIDTH) { // treat values less than 544 as angles in degrees (valid values in microseconds are handled as microseconds) if(value < 0) value = 0; if(value > 180) value = 180; value = map(value, 0, 180, SERVO_MIN(), SERVO_MAX()); } this->writeMicroseconds(value); } void Servo::writeMicroseconds(int value) { // calculate and store the values for the given channel byte channel = this->servoIndex; if( (channel < MAX_SERVOS) ) // ensure channel is valid { if( value < SERVO_MIN() ) // ensure pulse width is valid value = SERVO_MIN(); else if( value > SERVO_MAX() ) value = SERVO_MAX(); value = value - TRIM_DURATION; value = usToTicks(value); // convert to ticks after compensating for interrupt overhead - 12 Aug 2009 uint8_t oldSREG = SREG; cli(); servos[channel].ticks = value; SREG = oldSREG; } } int Servo::read() // return the value as degrees { return map( this->readMicroseconds()+1, SERVO_MIN(), SERVO_MAX(), 0, 180); } int Servo::readMicroseconds() { unsigned int pulsewidth; if( this->servoIndex != INVALID_SERVO ) pulsewidth = ticksToUs(servos[this->servoIndex].ticks) + TRIM_DURATION ; // 12 aug 2009 else pulsewidth = 0; return pulsewidth; } bool Servo::attached() { return servos[this->servoIndex].Pin.isActive ; }
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