arduino控制小车转向_伺服电机如何工作及其Arduino接口

你是否想在不构建电机控制器的情况下将运动功能添加到一个Arduino项目？那么伺服电机可能是最理想的选择。

与直流电动机不同，您可以精确控制这些电动机的位置。指示他们指向何处。

它们在许多机器人项目中很有用，例如在RC模型上的转向装置，或驱动传感器旋转，从而让机器人车辆环顾四周。

什么是伺服？

伺服是闭环控制系统的总称。

闭环系统使用反馈信号来调整电动机的速度和方向，以获得所需的结果。

RC伺服电机和工业的伺服电机在原理上是相通的。它包含一个小型直流电动机，通过齿轮连接到输出轴。

输出轴驱动伺服臂，并且还连接到电位计。

电位计向伺服控制单元提供位置反馈信息，使将当前位置和目标位置能够进行比较。

控制单元能够利用比较的结果调整电机当前位置，直到匹配目标位置。

伺服电机如何工作？

您可以通过向信号线发送一系列脉冲来控制伺服电机。传统的模拟伺服电机期望大约每20毫秒接收一次脉冲（即信号应为50Hz）。

脉冲的长度决定了伺服电机的位置。

• 如果脉冲高电平持续1ms，则伺服角度将为零。
• 如果脉冲在1.5ms内为高电平，则伺服将处于其中心位置。
• 如果脉冲高电平持续2ms，则伺服将到达180度。
• 在1ms到2ms之间的脉冲将使伺服轴在其行程的整个180度内移动。

脉冲的持续时间有时会因品牌不同而有所不同，0度时为0.5毫秒，180度时为2.5毫秒。

伺服电机引脚排列

伺服电机通常具有三个连接，如下所示：

伺服电机之间电线的颜色各不相同，但红色电线始终为5V，GND为黑色或棕色。控制线通常为橙色或黄色。

将伺服电机连接到Arduino UNO

让我们将伺服电机连接到Arduino。

例如，让我们使用SG90微型伺服电机。它在4.8-6VDC（典型值为5V）上运行，并且可以旋转大约180度（每个方向90度）。

它在空闲时消耗约10mA的电流，在移动时消耗100mA至250mA的电流，因此我们可以通过Arduino上的5伏输出为其加电。

如果您的伺服器消耗的电流超过250mA，请考虑为伺服器使用单独的电源。

将红色导线连接至Arduino的5V（或DC插孔），并将黑色/棕色导线接地。最后将橙/黄线连接到arduino-PWM使能引脚9。

Arduino代码–扫描

对于我们的Arduino简单项目，我们将使用Arduino IDE随附的内置示例之一。

转到“Examples”子菜单。选择“Servo->Sweep”。

将以下代码上传到arduino中。您将立即看到电动机朝一个方向移动，然后又朝另一个方向移动。

#include <Servo.h>
int servoPin = 9;
Servo servo;
int angle = 0;
// servo position in degrees
void setup() {
servo.attach(servoPin);
}
void loop() {
// scan from 0 to 180 degrees
for(angle = 0; angle < 180; angle++) {
servo.write(angle);
delay(15);
}
// now scan back from 180 to 0 degrees
for(angle = 180; angle > 0; angle--) {
servo.write(angle);
delay(15);
}
}

说明：

控制伺服器不是一件容易的事，但是对我们来说幸运的是，Arduino IDE已经包含了一个非常漂亮的库Servo。它包含简单的命令，因此您可以快速指示伺服器转到特定角度。

如果要使用这些命令，则需要通过以下命令告诉Arduino IDE您正在使用该库：

#include <Servo.h>

接下来要做的是声明与伺服电机的控制引脚连接的Arduino引脚。

int servoPin = 9;

下面的线创建一个伺服对象。

Servo servo;

实际上，您最多可以以这种方式定义八个伺服器，例如，如果我们有两个伺服器，则可以编写如下代码：

Servo servo1;
Servo servo2;

该变量angle用于存储舵机当前角度（以度为单位）。

int angle = 0;

在设置功能中，我们servo使用以下命令将对象链接到将控制伺服的引脚：

servo.attach(servoPin);

循环功能实际上包含两个for循环。第一个循环在一个方向上增加角度，第二个"for"在相反方向上增加角度。

下面的命令告诉伺服器将其位置更新到指定角度。

servo.write(angle);

故障排除

如果您决定直接从Arduino运行，有时您的伺服器可能会出现异常。这样做的原因是，伺服器会消耗大量功率，尤其是在启动过程中，这会导致Arduino板复位。

如果发生这种情况，通常可以通过在GND和5V之间放置一个相当大的电解电容器（470uF – 1000uF）来解决此问题。

电容器充当电能的储存器，因此当电动机启动时，它会从电容器以及Arduino电源中获取电荷。

电容器的较长引线应连接到5V，负极引线应连接到GND。

用电位器控制伺服

下一步是添加一个电位计，以便我们可以通过旋转旋钮来控制伺服器的位置。

当您要控制连接到伺服系统的传感器的平移和倾斜时，此项目可能非常有用。

接线

如接线图所示，您将需要一个电位计，从10k起的任何值都可以。将电位计的一端接地，另一端与Arduino 5V相连，抽头与模拟输入A0相连。

Arduino代码

使伺服跟随旋钮位置的代码比上一个实例更简单。

#include <Servo.h>
int potPin = 0;
int servoPin = 9;
Servo servo;
void setup() {
servo.attach(servoPin);
}
void loop() {
int reading = analogRead(potPin);
int angle = map(reading, 0, 1023, 0, 180);
servo.write(angle);
}

请注意，现在有一个名为的新变量potPin。

在循环功能中，我们首先从模拟引脚A0读取值。

int reading = analogRead(potPin);

这给我们提供了一个介于0到1023之间的值。但是我们需要按比例缩小它，因为伺服器只能旋转180度。

一种方法是使用Arduino map（）函数将一个范围内的数字重新映射到另一个范围。因此，下面的线更改读数以表示0到180度之间的角度。

int angle = map(reading, 0, 1023, 0, 180);

最后，我们使用write()命令告诉伺服器将其位置更新为电位计选择的角度。

servo.write(angle);