Micropython教程之TPYBoard開發(fā)板驅(qū)動舵機教程（蘿卜學(xué)科編程）

ID:130183 · 發(fā)表于 2018-12-8 09:51

大家應(yīng)該都看到過機器人的手臂啊腿腳啊什么的一抽一抽的在動彈吧...是不是和機械舞一樣的有節(jié)奏，現(xiàn)在很多機器人模型里面的動力器件都是舵機。

但是大家一般見到的動力器件都是像步進電機，直流電機這一類的動力器件，應(yīng)該對舵機比較陌生。

舵機主要有以下3個優(yōu)點:

一是體積緊湊，便于安裝；二是輸出力矩大，穩(wěn)定性好；三是控制簡單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口。

本次教程中使用的是SG90的舵機，個人感覺性能一般，但是比較穩(wěn)定和耐用，做DIY實驗器材用還是比較不錯的。

舵機的基本介紹

舵機，又稱伺服馬達，是一種具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的機電結(jié)構(gòu)。舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由控制器發(fā)出PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號給舵機，經(jīng)電路板上的IC處理后計算出轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器（電位器）返回位置信號，判斷是否已經(jīng)到達設(shè)定位置，一般舵機只能旋轉(zhuǎn)180度。

舵機的接線

舵機有3根線，棕色為地，紅色為電源正，橙色為信號線，但不同牌子的舵機，線的顏色可能不同。

舵機的控制原理

舵機的轉(zhuǎn)動的角度是通過調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的占空比來實現(xiàn)的。

占空比

1.指高電平在一個周期之內(nèi)所占的時間比率。

2.正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。例如:正脈沖寬度1μs,信號周期10μs的脈沖序列占空比為0.1。即：脈沖的寬度除以脈沖的周期稱為占空比。標(biāo)準(zhǔn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的周期固定為20ms（50Hz），理論上脈寬分布應(yīng)在1ms到2ms之間，但是，事實上脈寬可由0.5ms到2.5ms之間，脈寬和舵機的轉(zhuǎn)角0°～180°相對應(yīng)。

Python語言驅(qū)動舵機的方法

其實說了以上這些呢，都是為了給大家介紹利用Python語言來控制舵機的轉(zhuǎn)動角度，和普通單片機一樣的，都是需要用不同寬度的脈沖來控制器轉(zhuǎn)動的角度。說白了，我們需要做的就是使用Python語言來輸出不同寬度的脈沖信號，來給到信號線里面去。現(xiàn)在一般的舵機脈寬那都是在0.5ms到2.5ms之間，這就可以計算了。 0.5MS-2.5MS這兩毫秒里面可以控制轉(zhuǎn)動到180度，這樣算下來，轉(zhuǎn)一度的脈沖時間大約就是2毫秒/180度=0.011毫秒/度，這樣依次計算就可以了。剩下的就是寫一個脈沖信號了，相信寫脈沖信號的程序大家都很熟悉啦。但是，在舵機里面有一些幾點幾的毫秒的延時脈沖，這個在Python語言里如果想要利用delay()函數(shù)來做延時的話，很難做到每個角度都可以轉(zhuǎn)到，甚至說是很難做到轉(zhuǎn)動到大多數(shù)的角度。所以，你需要找到一個比毫秒延時還要精確的延時函數(shù)來作為脈沖的計時延時函數(shù)。我現(xiàn)在用的是time.sleep(i)這個函數(shù),這個函數(shù)里面的i，建議設(shè)置在0.0000-0.0035之間。不能說精確的轉(zhuǎn)動到每個角度吧，但是百分之九十的角度都是可以轉(zhuǎn)到。如果想讓舵機進行循環(huán)擺動，一定要記得加上適當(dāng)?shù)难訒r，因為程序可以飛快的跑，但是舵機轉(zhuǎn)動也是需要一點時間的。舵機轉(zhuǎn)動時間肯定要比程序跑一遍的時間要長的多啦。

實驗?zāi)康?br />
通過加速度傳感器的X方向控制舵機的轉(zhuǎn)動，讓舵機隨TPYBoard 的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動

實驗材料

TPYBoard v10x 開發(fā)板 1塊
SG90舵機 1個
杜邦線若干

實驗線路圖

這里電路圖很簡單，只需要給舵機接上VCC和GNG（這是最基本的，這個開發(fā)板上好多電源和地可以用）。然后把舵機的信號線接到任意一個GPIO口（后面程序里面要在這個GPIO往外輸出脈沖的，我用了X1，還有很多其他的GPIO口可以用。）就可以了。接線原理圖:

import pyb
import time
from pyb import Pin
xlights = (pyb.LED(2), pyb.LED(3))
ylights = (pyb.LED(1), pyb.LED(4))
M0 = Pin('X1', Pin.OUT_PP)
accel = pyb.Accel()
i=0.0001
j=0.0000
while True:
x = accel.x()
print("x=")
print(x)
Y=x+20
M0.high()
time.sleep(i*Y)
M0.low()
time.sleep(i*Y)
pyb.delay(12)
if x > 0:
xlights[0].on()
xlights[1].off()
elif x < 0:
xlights[1].on()
xlights[0].off()
else:
xlights[0].off()
xlights[1].off()

復(fù)制代碼

雖然舵機只是能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動指定的角度，看起來功能很單一，但是單一的功能結(jié)合起來，就能完成很復(fù)雜的任務(wù)。

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