如何使用樹莓派控制舵機(jī)MG90D

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舵機(jī)介紹

舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前，在高檔遙控玩具，如飛機(jī)、潛艇模型，遙控機(jī)器人中已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。我們這里使用的淘寶上常見的MG90舵機(jī)。如下圖，需要注意，不同的型號，其轉(zhuǎn)向的角度，力距不一樣，可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選用。

工作原理

舵機(jī)的控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
??舵機(jī)的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：
如何使用樹莓派控制舵機(jī)MG90D

脈寬、占空比和舵機(jī)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表格：

脈沖/ms	占空比	角度
0.5	2.5%	0
1.0	5%	45
1.5	7.5%	90
2.0	10%	135
2.5	12.5%	180

數(shù)據(jù)推算

在上表的基礎(chǔ)上，我們需要計算一些關(guān)鍵參數(shù)。
根據(jù)上表，如果我們要使舵機(jī)轉(zhuǎn)到指定的角度θ(0≤θ≤180)θ(0≤θ≤180) ，則需要輸入的脈沖占空比為：
D=2.5+(θ×(12.5?2.5))/180=2.5+(θ×10)/180
舵機(jī)轉(zhuǎn)動需要一定時間，給它發(fā)指令應(yīng)避免引起沖突。舵機(jī)的轉(zhuǎn)速大概為0.2秒每60度，即0.003s/° 。而舵機(jī)的精度為180°/1024≈0.18°，對應(yīng)的脈沖占空比精度為(12.5?2.5)/1024≈0.01 ，因此，在步進(jìn)轉(zhuǎn)動內(nèi)（即每次轉(zhuǎn)0.18°，后面直接取0.2°），給舵機(jī)發(fā)的指令間隔時間不應(yīng)該低于0.2×0.003=0.0006s ，舍入一下即0.001s。而如果我們是任意指定轉(zhuǎn)角，那么兩次指令的間隔時間則應(yīng)該長于180×0.260=0.4s，這是從0度轉(zhuǎn)到180度的時間。

舵機(jī)接線

將舵機(jī)棕色線接到GND，紅色線接到+5V引腳，橙色線接到GPIO.12（BCM18)引腳。
如何使用樹莓派控制舵機(jī)MG90D

程序編寫

Rotation.py

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 這個類表示單個的SG90模塊
class Rotation:
    frequency=50 #脈沖頻率(Hz)
    delta_theta=0.2 #步進(jìn)轉(zhuǎn)動間隔(度)
    min_delay=0.0006 #轉(zhuǎn)動delta_theta的理論耗時(s)
    max_delay=0.4 #從0轉(zhuǎn)到180的耗時(s)

    def __init__(self,channel,min_theta,max_theta,init_theta=0):
        '''
        構(gòu)造函數(shù)：
            channel: 舵機(jī)信號線所連接的樹莓派引腳編號（BCM編碼）
            min_theta: 舵機(jī)轉(zhuǎn)動的最小角度
            max_theta: 舵機(jī)轉(zhuǎn)動的最大角度
            init_theta: 舵機(jī)的初始角度
        '''
        self.channel=channel 
        if(min_theta<0 or min_theta>180):
            self.min_theta=0
        else:
            self.min_theta=min_theta

        if(max_theta<0 or max_theta>180):
            self.max_theta=180
        else:
            self.max_theta=max_theta
            
        if(init_theta<min_theta or init_theta>max_theta):
            self.init_theta=(self.min_theta+self.max_theta)/2
        else:
            self.init_theta=init_theta #初始角度
                    
        #計算最小角度、最大角度的占空比
        self.min_dutycycle=2.5+self.min_theta*10/180
        self.max_dutycycle=2.5+self.max_theta*10/180


    def setup(self):
        '''
        初始化
        '''
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setwarnings(False)
        GPIO.setup(self.channel,GPIO.OUT)
        self.pwm=GPIO.PWM(self.channel,Rotation.frequency) #PWM
        self.dutycycle=2.5+self.init_theta*10/180 #脈沖占空比的初始值
        self.pwm.start(self.dutycycle) #讓舵機(jī)轉(zhuǎn)到初始位置
        time.sleep(Rotation.max_delay)

    def positiveRotation(self):
        '''
        正相步進(jìn)轉(zhuǎn)動，每次調(diào)用只轉(zhuǎn)動delta_theta度
        '''
        self.dutycycle=self.dutycycle+Rotation.delta_theta*10/180
        if self.dutycycle>self.max_dutycycle:
            self.dutycycle=self.max_dutycycle
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.min_delay)

    def reverseRotation(self):
        '''
        反相轉(zhuǎn)動，每次調(diào)用只轉(zhuǎn)動delta_theta度
        '''
        self.dutycycle=self.dutycycle-Rotation.delta_theta*10/180
        if self.dutycycle<self.min_dutycycle:
            self.dutycycle=self.min_dutycycle
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.min_delay)

    def specifyRotation(self,theta): 
        '''
        轉(zhuǎn)動到指定的角度
        '''
        if(theta<0 or theta>180):
            return
        self.dutycycle=2.5+theta*10/180
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.max_delay)

    def cleanup(self):
        self.pwm.stop()
        time.sleep(Rotation.min_delay)
        GPIO.cleanup()

ServoCtrl.py

import time

rot = Rotation(18, 0, 180)

rot.setup()
time.sleep(2)

for i in range(0,900):
    rot.positiveRotation()
    
for i in range(0,900):
    rot.reverseRotation()
    
rot.cleanup()

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網(wǎng)站欄目：如何使用樹莓派控制舵機(jī)MG90D
標(biāo)題來源：http://bm7419.com/article14/igehde.html

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