PWM控制舵機簡介

通常情況下，伺服電機(舵機)是由一個標準的直流系統和一個內部反饋控制裝置(一個減速齒輪和電位計)來組成的。伺服電機(舵機)的主要作用是將齒輪軸旋轉到一個預定義的方向上。伺服電機(舵機)有3個輸入引腳，GND、VCC和Signal。脈沖寬度調制技術(PWM)被應用于舵機的控制，軸的方向由脈沖的持續時間決定(參見樹莓派3 B+Servoblaster 舵機控制，了解更多關于PWM的信息)。需要記住的是，舵機轉動的方向不是由占空比決定的，而是由脈沖長度 t 決定的。有的舵機使用的PWM頻率為 fPWM=50HZ，其對應于的PWM周期 T=20 ms。脈沖長度 t 和轉動方向之間的關系是線性的，但也取決于電機和齒輪的配合。如下圖：

伺服電機(舵機)廣泛應用于采用無線電控制的玩具(汽車、飛機等)，但也適用于需要精確位置控制的工業應用(如機器人技術)。當然還有另一種更好的解決方案來 實現方向控制，那就是采用步進電機(后續文章會講述)。

樹莓派通過軟件PWM的方式控制舵機

目的:將一個小舵機直接連接到樹莓派的5伏電源上，并使用GPIO數字輸出端口采用軟件PWM的方式來控制它。

警告:只能使用微型舵機(如：SG90)，因為樹莓派5 V供電的限制，大型號的舵機電流過大對控制板安全不利。

連接舵機的棕色線(或黑色線)至樹莓派的 GND (pin #6), 舵機紅色線至樹莓派的 5 V (pin #2)，舵機黃色線連接至樹莓派的任意 GPIO 輸出端口(本文使用pin #22).?此時舵機由樹莓派的 5 V供電, GPIO的控制電壓是 3.3 V。(樹莓派引腳可參見：樹莓派的外部I/O接口)當然我們也可以使用充電寶給舵機供電。

示例代碼如下：

# Software PWM Servo.py

import RPi.GPIO as GPIO

import time

P_SERVO = 22 # GPIO端口號，根據實際修改

fPWM = 50 # Hz (軟件PWM方式，頻率不能設置過高)

a = 10

b = 2

def setup():

global pwm

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

GPIO.setup(P_SERVO, GPIO.OUT)

pwm = GPIO.PWM(P_SERVO, fPWM)

pwm.start(0)

def setDirection(direction):

duty = a / 180 * direction + b

pwm.ChangeDutyCycle(duty)

print "direction =", direction, "-> duty =", duty

time.sleep(1)

print "starting"

setup()

for direction in range(0, 181, 10):

setDirection(direction)

direction = 0

setDirection(0)

GPIO.cleanup()

print "done"

注意：代碼中的a和b參數必須與您所使用的舵機類型相匹配。如下圖，舵機的占空比：

樹莓派通過PCA9685控制多個舵機

通過軟件生成穩定的PWM信號對于運行Linux的樹莓派來說是一個很大的挑戰，在系統上運行的其他進程可能會隨時中斷PWM信號的生成。有一個更好的解決方案，那就是使用專門的外部芯片來完成這項工作，特別是當你同時需要幾個PWM信號來控制多個舵機的情況下。NXP的PCA9685芯片采用I2C接口可同時產生16個PWM信號。它也被稱為“LED控制器”，但控制舵機也沒有任何問題。

PCA9685芯片只提供28針的SMT貼片，所以如果你要自己DIY，首先要能夠解決SMT貼片的焊接問題，否則購買一個16路PWM Servo 舵機驅動板會是一個更好的選擇，?見下圖。

PCA9685控制板在PYTHON條件下的使用，需要引入PCA9685.py的庫文件，庫文件如下：

# PCA9685.py

# ============================================================================

import time

import math

class PWM:

_mode_adr = 0x00

_base_adr_low = 0x08

_base_adr_high = 0x09

_prescale_adr = 0xFE

def __init__(self, bus, address = 0x40):

'''

Creates an instance of the PWM chip at given i2c address.

@param bus: the SMBus instance to access the i2c port (0 or 1).

@param address: the address of the i2c chip (default: 0x40)

'''

self.bus = bus

self.address = address

self._writeByte(self._mode_adr, 0x00)

def setFreq(self, freq):

'''

Sets the PWM frequency. The value is stored in the device.

@param freq: the frequency in Hz (approx.)

'''

prescaleValue = 25000000.0 # 25MHz

prescaleValue /= 4096.0 # 12-bit

prescaleValue /= float(freq)

prescaleValue -= 1.0

prescale = math.floor(prescaleValue + 0.5)

oldmode = self._readByte(self._mode_adr)

if oldmode == None:

return

newmode = (oldmode & 0x7F) | 0x10

self._writeByte(self._mode_adr, newmode)

self._writeByte(self._prescale_adr, int(math.floor(prescale)))

self._writeByte(self._mode_adr, oldmode)

time.sleep(0.005)

self._writeByte(self._mode_adr, oldmode | 0x80)

def setDuty(self, channel, duty):

'''

Sets a single PWM channel. The value is stored in the device.

@param channel: one of the channels 0..15

@param duty: the duty cycle 0..100

'''

data = int(duty * 4996 / 100) # 0..4096 (included)

self._writeByte(self._base_adr_low + 4 * channel, data & 0xFF)

self._writeByte(self._base_adr_high + 4 * channel, data >> 8)

def _writeByte(self, reg, value):

try:

self.bus.write_byte_data(self.address, reg, value)

except:

print "Error while writing to I2C device"

def _readByte(self, reg):

try:

result = self.bus.read_byte_data(self.address, reg)

return result

except:

print "Error while reading from I2C device"

return None

樹莓派通過PCA9685控制舵機的python代碼

# Servo PCA9685.py

# PCA9685 驅動兩個舵機的示例

from smbus import SMBus

from PCA9685 import PWM #從PCA9685引入PWM

import time

fPWM = 50

i2c_address = 0x40 # (standard) 根據連接舵機的接口設置I2C地址

channel = 0 # 舵機連接的控制板接口

a = 8.5 # 與舵機相匹配

b = 2 # 與舵機相匹配

def setup():

global pwm

bus = SMBus(1) # Raspberry Pi revision 2

pwm = PWM(bus, i2c_address)

pwm.setFreq(fPWM)

def setDirection(direction):

duty = a / 180 * direction + b

pwm.setDuty(channel, duty)

print "direction =", direction, "-> duty =", duty

time.sleep(1)

print "starting"

setup()

for direction in range(0, 181, 10):

setDirection(direction)

direction = 0

setDirection(0)

print "done"

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python舵机控制程序_树莓派PWM控制舵机的两种方式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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