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：
- 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。
- 直接利用Arduino自带的Servo库进行控制，但是自带库只支持数字引脚9和10接口。
Servo库常用函数：
- Attach(接口)—设定舵机接口，只能选择数字引脚9或者10。
- 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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