Сервомотор и Arduino
Учимся управлять сервомотором с использованием Arduino.
Сначала мы рассмотрим как обеспечить вращение выходного вала серводвигателя в автоматическом режиме "вперед" и в обратном направлении. После этого дополнительно включим в схему потенциометр, который обеспечит управление поворотом сервопривода.
Необходимые узлы
Для того, чтобы освоить приведенные в статье методики управления сервоприводом вам понадобятся:
1 сервомотор
1 переменный резистор (потенциометр) на 10 кОм
Монтажная плата
1 микроконтроллер Arduino Uno
Коннекторы папа-папа
1 конденсатор на 100 мкФ (не обязательно)
Схема подключения для 'Sweep' (автоматическое вращение)
Для этого эксперимента вам надо подключить к Arduino только сервомотор.
На сервомоторе 3 контакта. Цвет контактов может отличаться в зависимости от фирмы производителя, но красный - это всегда контакт 5 В. Контакт GND (земля) может быть черным или коричневым. Оставшийся третий контакт - это сигнал, который используется для управления положением ротора сервы. Обычно он желтого или желтого цветов. Этот контакт мы подключаем к цифровому пину 9 на Arduino.
На контактах сервы предусмотрены разъемы, в которые можно установить коннекторы (провода) и соединить из макетной платой, а потом с Arduino.
Серводвигатель дергается
Иногда при подключении сервы не отрабатывают заданные команды или отрабатывают некорректно. Причем происходить это может только при подключении к определенным USB портам. Причина в том, что сервы требуют достаточно большую мощность для питания, особенно в начале движения ротора. Эти резкие скачки потребляемой мощности могут сильно "просаживать" напряжение на Arduino. Может произойти даже перезагрузка платы.
Если подобное происходит, вам надо добавить конденсатор (470 мкФ или больше) между рельсами GND и 5V на вашей макетке.
Конденсатор выполняет роль своебразного резервуара для электрического тока. Когда серводвигатель начинает работать, он получает остатки заряда с конденсатора и от источника питания Arduino одновременно.
Длинная нога конденсатора - это позитивный контакт, она подключается к 5V. Отрицательный контакт часто маркируется символом '-'.
Скетч Arduino 'Sweep' (автоматическое вращение)
Загрузите на Arduino скетч, который рассмотрен ниже. После загрузки ротор сервы должен начать вращаться в одном направлении, а потом в противоположном.
Программа основана на стандартном скетче 'sweep', который вы можете найти в меню Arduino Examples в папке 'servo'.
#include <Servo.h>
int servoPin = 9;
Servo servo;
int angle = 0; // угол сервы в градусах
void setup()
{
servo.attach(servoPin);
}
void loop()
{
// инкремент от 0 до 180 градусов
for(angle = 0; angle < 180; angle++)
{
servo.write(angle);
delay(15);
}
// теперь в обратном направлении от 180 до 0 градусов
for(angle = 180; angle > 0; angle--)
{
servo.write(angle);
delay(15);
}
}
Сервомоторы управляются серией импульсов. Для того, чтобы упростить управление сервами, написана специальная библиотека (Arduino library). С помощью этой библиотеки вы можете управлять сервой, задавая фактический угол поворота вала на выходе.
Управляющие команды для серв подобны встроенным в Arduino, но так как вы используете их далеко не во всех проектах, они хранятся в отдельной библиотеке. Если вы хотите использовать команды из библиотеки для серводвигателей, вам надо включить библиотеку в ваш скетч в Arduino IDE с помощью следующей строки:
#include <Servo.h>
Используем переменную 'servoPin' для определения порта, который управляет сервой.
Следующая строка:
Servo servo;
инициализирует новую переменную 'servo' типа 'Servo'. Библиотека предоставляет нам новый тип данных наподобие 'int' или 'float', который отвечает за серву. Таким образом вы можете инициализировать восемь серводвигателей. Например, если у нас две сервы, можно записать следующее:
Servo servo1;
Servo servo2;
В теле функции 'setup' мы должны согласовать переменную 'servo' с пином, который будет управлять серводвигателем, используя команду:
servo.attach(servoPin);
Переменная 'angle' используется для указания текущего угла поворота сервы в градусах. В теле функции 'loop' мы используем используем два цикла 'for'. Один - для увеличения угла поворота в одном направлении и второй - для возврата, когда мы совершили поворот на 180 градусов.
Команда:
servo.write(angle);
Сообщает серве, что надо обновить угол поворота выходного вала сервомотора в соответствии с углом, который указан в качестве параметра.
Схема подключения сервы с потенциометром ('Knob')
Следующий этап - добавить потенциометр, чтобы управлять положением выходного вала сервы с помощью поворота ручки переменного резистора.
Надо просто добавить на макетную плату потенциометр и проводник от контакта сигнала с потенциометра на пин A0 на Arduino.
Скетч Arduino 'Knob' (управление сервой с помошью потенциометра)
Программа, в которой положение выходного вала сервы контролируется углом поворота ручки потенциометра даже проще, чем рассмотренный ранее автоматический поворот и возврат в исходное положение.
#include <Servo.h>
int potPin = 0;
int servoPin = 9;
Servo servo;
void setup()
{
servo.attach(servoPin);
}
void loop()
{
int reading = analogRead(potPin); // от 0 до 1023
int angle = reading / 6; // от 0 до 180
servo.write(angle);
}
В скетче добавлена переменная с именем 'potPin'.
Для того, чтобы вывести вал сервы в положение, мы считываем значение с контакта Arduino A0. Значение с этого контакта будет находится в диапазоне между 0 и 1023. Так как серва может поворачиваться только на 180 градусов, нам надо масштабировать полученные значения. Разделив значения с контакта A0 на 6 мы получаем угол в диапазоне от 0 до 170, что нас вполне устраивает.
Сервомоторы - общая информация
Сервомоторы - один из типов двигателей, коотрые часто используются в робототехнике, мехатронных проектах, проектах на Arduino.
Положение выходного вала сервомотора определяется длиной импульса. Серва может получать импульсы каждые 20 миллисекунд. Если импульс high длится 1 миллисекунду, угол поворота сервы будет равен нулю. Если 1.5 миллисекунды, тогда серва выйдет в свое центральное положение, а если 2 миллисекунды - выйдет в положение, которое соответствует 180 градусам.
Крайние положения сервомоторов могут отличаться. Кроме того, многие сервы могут поворачиваться на 170 градусов. Есть и 'continuous' сервы, которые совершают оборот на полные 360 градусов.
Внутри сервы
На видео, которое приведено ниже, показано, что происходит внутри сервомотора.
Будьте аккуратны. Если вы разберете серву подобным образом, есть вероятность, что собрать обратно ее не получится.
Дальнейшие эксперименты с сервой и Arduino
Откройте скетч 'sweep' и попробуйте сократить задержки с 15 миллисекунд до, скажем, 5 миллисекунд. Обратите внимание, насколько быстрее начали вращаться сервы.
Попробуйте изменить скетч 'knob'. Вместо того, чтобы ориентироваться на значения с потенциометра, реализуйте управление сервой с помощью значений, которые вы указываете в окне серийного моитора Arduino IDE.
Небольшая подсказка: для того, чтоьы скетч считывал значения угла с серийного монитора, вы можете использовать функцию Serial.parseInt(). Эта функция парсит (считывает) числовые значения с серийного монитора.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!