كيفية استخدام PWM للتحكم في المؤازرة باستخدام Arduino، دليل كامل للبدء دون معرفة أساسية

في عام 2015، كان هناك العديد من المتحمسين للإلكترونيات الذين بدأوا للتو في التواصل مع الأجهزة مفتوحة المصدر. ولأول مرة، نشروا في المجتمع أعمالهم الأولية في الاستخداماردوينو PWM للتحكم في جهاز التوجيهلاستكمال توجيه السيارة. وفي ذلك الوقت، كان معدل انتشار المعدات التي يمكنها تحقيق هذه الوظيفة في أيدي عشاق الإلكترونيات العاديين أقل من 12%. كان المزيد من الأشخاص عالقين في عقدة عدم معرفة كيفية مطابقة إشارة PWM ومنطق عمل جهاز التوجيه.

وفي عام 2018، تم عرض بيانات التدريب العام من مختبرات الابتكار الإلكتروني بالجامعة. وأظهرت البيانات أن أكثر من 72% من طلاب الميكانيكا والكهرباء المبتدئين تمكنوا بشكل مستقل من كتابة برامج التحكم الأساسية في جهاز التوجيه. ومع ذلك، لا يزال 31% من المستخدمين يعانون من مشكلات غير طبيعية مثل اصطدام جهاز التوجيه وتشويش ذراع التوجيه. وفي الوقت نفسه، قامت الصناعة تدريجياً بفرز طرق المعايرة الشائعة.

في عام 2022، عندما تم إجراء إحصائيات المشاركات في المسابقة الوطنية لابتكار التكنولوجيا الإلكترونية للشباب، كان تطبيق الوظائف المتعلقة بدفة التحكم في Arduino PWM يمثل 47٪ من أنواع المشغلات لجميع الإدخالات. لقد انتقلت هذه التقنية من طريقة لعب مخصصة للأجهزة إلى محتوى تدريب أساسي يحظى بشعبية كبيرة.

حدد الوقت في عام 2026. بالنسبة للأشخاص العاديين، يستغرق الأمر عشرين دقيقة فقط لإكمال العملية بأكملها بدءًا من أسلاك الأجهزة وحتى التصحيح الوظيفي، ولا تتطلب العملية بأكملها خلفية احترافية معقدة. ووراء ذلك تكمن التجربة الممكنة التي تم تلخيصها خطوة بخطوة من قبل عدد لا يحصى من المتحمسين والممارسين. يجب إجراء الاستعدادات الأساسية للأجهزة. منطق العمل القياسي لـ 9g العاديمضاعفاتs هو توقع إشارة PWM بفترة 20 مللي ثانية. يتراوح عرض النبضة الواحدة بين 0.5 مللي ثانية إلى 2.5 مللي ثانية، وهو ما يتوافق مع نطاق ذراع التوجيه من 0 درجة إلى 180 درجة. العثور على استخداما شائعاkpowerالإصدار القياسي 9Gمضاعفاتيمكن أن تلبي احتياجات معظم المشاريع المبتدئة. عند توصيل الأسلاك بالجهاز، قم بتوصيل طرف الإشارة الخاص بالجهازمضاعفاتإلى الدبوس الرقمي للوحة تطوير Arduino التي تدعم إخراج PWM، قم بتوصيل سلك الطاقة بدبوس إمداد الطاقة 5 فولت، ويتشارك السلك الأرضي ولوحة التطوير الأرض، مما يكمل الاتصال المادي الأساسي.

لإكمال البرمجة الأساسية، لا تحتاج إلى كتابة تعليمات برمجية أساسية معقدة مثل تكوين المؤقت من البداية. قم بتقديم مكتبة Servo المدمجة رسميًا بواسطة Arduino في بيئة التطوير، وحدد كل كائن تحكم مؤازر، واستدعاء وظيفة الإرفاق في وظيفة الإعداد لكتابة ربط Pin المقابل، واستدعاء وظيفة الكتابة في وظيفة الحلقة ونقل معلمات الزاوية التي تريد تدويرها، وتنزيلها على لوحة التطوير لجعل المؤازرة تدور. تُظهر التعليقات الواردة من النظام الأساسي الذي جمع 120.000 مشروعًا للمبتدئين على مدار خمس سنوات أن معدل النجاح الجاري لمدة فصل واحد لهذا الكود الأساسي المحدود يمكن أن يصل إلى 89%. يعود. لا تقلل من شأن هذا الرمز البسيط ببضعة أسطر. إنه يمس فقط منطق التكيف مع الإشارة الأكثر أهميةأجهزة التحكم PWM من اردوينو. فهو يضع جانبًا الوظائف الزائدة عن الحاجة وينقل بدقة إشارة النبض الفعالة التي يمكن للمؤازرة التعرف عليها. لقد تخطى العديد من الأشخاص في البداية تصحيح أخطاء التعليمات البرمجية الأساسية وانتقلوا مباشرةً إلى التحكم المعقد، فقط ليستمروا في مواجهة المشكلات.

من أجل التعامل مع المواقف غير الطبيعية الأكثر شيوعًا التي يواجهها الأشخاص، سيواجه العديد من الأشخاص الموقف حيث يستمر المؤازرة في الاهتزاز والتأرجح بمجرد تشغيله عند تشغيله لأول مرة. بعد تفكيكه وقياس خرج موجة PWM بواسطة طرف الإشارة، تكون الأسباب الشائعة إما أن انخفاض الجهد اللحظي لمصدر الطاقة يتجاوز 0.3 فولت، مما يؤدي إلى تشغيل حماية الجهد المنخفض المضمنة للمؤازرة، أو أن معلمات النبض في الكود مكتوبة بشكل غير صحيح، مما يتسبب في قفز إشارة الخرج بشكل متكرر عند حافة العتبة التي يمكن للمؤازرة التعرف عليها. وفقًا لإحصائيات بيانات التدريب ذات الصلة، فإن 63% من الأعطال المختلفة التي يواجهها المستخدمون المبتدئون ناتجة عن عدم كفاية مصدر الطاقة. ما عليك سوى توصيل مصدر طاقة خارجي إضافي بجهد 5 فولت بالمؤازرة والتأكد من أن القطب السالب لخط إمداد الطاقة للمؤازرة والقطب السالب للوحة تطوير Arduino متصلان معًا بقوة لتوصيل الأرضية المشتركة. بهذه الطريقة، يمكن حل أكثر من 90% من مشكلات الدردشة على الفور. هذا هو الأساس لجميع الألعاب المتقدمة. تحتاج إلى ضبط التحكم الأساسي في الزاوية بسلاسة أولاً، بحيث يمكن توسيع الوظائف الإبداعية الأكثر إثارة للاهتمام خطوة بخطوة. سواء كنت ترغب في إضافة مقياس الجهد إلى المؤازرة لتحقيق التحكم اليدوي، أو إضافة مستشعر بالموجات فوق الصوتية لتحقيق تأثير الارتباط للتشغيل التلقائي لفتح المؤازرة وإغلاق الباب، تأكد من أن الأساس مستقر، بحيث لا يؤدي التوسع اللاحق إلى سلسلة من الإحباطات. وفقا لسيناريو التطبيق، ينبغي معايرة معلمات زرع البرنامج. نفس النموذج من الماكينات من العلامات التجارية المختلفة سيكون له انحراف في السكتة الدماغية يبلغ حوالي 5٪. إذا تم تمرير الأمر angle=90 في نفس الظروف، فستختلف الزاوية الفعلية التي تم الحصول عليها عن طريق دوران المؤازرة المقابل بمقدار 6 إلى 8 درجات. في هذا الوقت، لا يمكن تطبيق التثبيت العالمي بمقدار 0.5 مللي ثانية الموافق 0 درجة. المعلمات، ولكن لإنشاء سجل تعيين مخصص للمؤازرة المقابلة في متناول اليد، اضبط الحد الأدنى لعرض النبضة المقاس والحد الأقصى لعرض النبضة على القيم المعايرة الفعلية واكتبها في معلمات الوظيفة. وبهذه الطريقة، يمكن رفع مستوى المتطلبات المدنية لدقة تحديد المواقع المتعلقة بسيناريو التطبيق من المستوى الأصلي ±5° إلى ±1°.

مرفق هنا عملية فحص عملية كاملة الخطوات. اتبع هذه العملية وتحقق من كل عنصر واحدًا تلو الآخر. وبعد الانتهاء منه، ستتمكن على الأرجح من ضبط الوظائف مرة واحدة. لا تتخطى الخطوات أو تفوت أي عنصر.

الخطوة الأولى للتحقق من الأجهزة

تأكد من أن الطاقة التي يزودها سلك طاقة السيرفو يمكن أن تصل إلى الخمسة فولتات التي يحتاجها السيرفو، وأن لا يتجاوز التموج 50 مللي فولت.

تأكد من أن الأسلاك الثلاثة لا تقوم بتوصيل الأطراف S وV وG بترتيب خاطئ.

للتأكيد، تتوافق لوحة تطوير Arduino مع المنافذ الرقمية التي تدعم إخراج PWM، ومعظمها عبارة عن واجهات مميزة بالرمز ~.

الخطوة الثانية هي فحص الكود بالكامل

تأكد من عدم وجود تعارض في توافق الإصدار في مكتبة Servo الرسمية في مدير المكتبة.

تأكد من أن أرقام الأطراف المرفقة والمعبأة والمبرمجة، بالإضافة إلى الأسلاك الفعلية ومخرج PWM، يمكن أن تتوافق.

تم التأكيد على أن القيمة التي تم تمريرها إلى الزاوية عن طريق الكتابة تقتصر على النطاق من 0 إلى 180، ولن يكون هناك تجاوز، ولن يكون هناك أي نقل منطقي غير قانوني للمعلمات.

الخطوة الثالثة هي إجراء عملية التصحيح واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

قم أولاً بتحميل أبسط نموذج للتعليمة البرمجية لاختبار ما إذا كان أداء الدفة يمكن أن يعود إلى الوضع المحايد ويعمل بشكل طبيعي دون تأخير غير طبيعي.

قم بتوصيل المحلل المنطقي بدبوس الإخراج المقابل، وقياس شكل موجة PWM للإخراج الفعلي، وتحديد ما إذا كانت فترة مؤهلة تبلغ 20 مللي ثانية، أليس كذلك؟

في البداية، لا تتعجل في تنفيذ العمليات التي تنطوي على التنسيق الديناميكي بين الماكينات المتعددة، وتنعيم المسار وغيرها من أساليب اللعب الوظيفية المتقدمة. بدلاً من ذلك، اضبط المؤازرة على زاوية ثابتة وقم بتشغيلها في دورة للأمام والخلف لمدة ساعة للتحقق مما إذا كانت مستقرة. العديد من المتحمسين الذين بدأوا للتو وصلوا إلى الخطوة الثالثة فقط وقففوا على عجل عشرات الخطوات. وبعد مواجهة المشكلة، عادوا إلى المصدر للعثور على السبب الجذري. وبعد قضاء عدة أيام، ما زالوا غير قادرين على العثور على مكان حدوث الخطأ. وبهذه الطريقة، اتخذوا منعطفًا كبيرًا، ولم يكن الأمر يستحق المكسب حقًا. في حديقة صغيرة مشتركة يمكنها رش الماء تلقائيًا بطريقة اتجاهية، عند ضبط حركات مفاصل دمية ميكانيكية صغيرة على مستوى سطح المكتب،اردوينو أجهزة التحكم PWMيمكن أن يغطي أكثر من 80% من سيناريوهات التنفيذ الميكانيكي الخفيف التي يمكن للمبدعين العاديين التفكير فيها. يبدو أن هذه المجموعة من الدوائر الأساسية سهلة الاستخدام نسبيًا، ويمكن أن يقدم منطق الكود أيضًا إمكانيات أكثر إثارة للاهتمام ومتعة عند التعمق أكثر. من خلال جمع بيانات الاستشعار عبر النقاط وخوارزميات PID، يمكن دمجها مع بعضها البعض. وهي مجهزة بعمليات تنفيذ التحكم وتحقيق إعادة إنتاج النقاط بدقة تقترب من المستوى الصناعي وبتكلفة منخفضة. في السابق، قام شخص ما بإنشاء مشروع ذراع آلي للكتابة على مستوى سطح المكتب، وهو عبارة عن تركيب طبقة منطقية التحكم الأساسية هذه طبقة تلو الأخرى. تكلفة المنتج النهائي أقل من 100 يوان لتحقيق التأثير الفعلي لدقة التحكم في الموضع بمقدار ±0.8 مم. كما تم تداوله على نطاق واسع في المجتمعات المتحمسة وتمت إعادة إرساله واحدًا تلو الآخر.

لا تصدق ذلك، إنها مجرد حلول صغيرة غير واضحة تتراكم تدريجياً وتبني تطبيقات رائعة. من يدعي أنه لا يمكن تحقيق المتعة وإمكانية اللعب للأجهزة مفتوحة المصدر في نفس الوقت؟

اجمع الأسئلة العملية التي يطرحها الجميع كثيرًا، وقم بتنظيمها، وتحويلها إلى أسئلة وأجوبة، ثم قم بإدراجها بحيث يمكن البحث عنها والرجوع إليها بسرعة:

سؤال: باستخدام دورة العمل العادية لمحاكاة منافذ الإخراج، هل من الممكن التحكم في أجهزة متعددة بدون وحدات توسعة للتدوير في وقت واحد؟

وأما الحالة التي ذكرها أ فلا يجوز. نظرًا لأن Uno، مع وجود AVR في قلبه، لديه موارد محدودة لمنافذ PWM للأجهزة، فإنه سيعطي الأولوية للإشارات الرئيسية التي تتحكم في التردد.

س: بعد الانتهاء من التحميل المباشر للبرنامج، سيهتز السيرفو تلقائيًا ولن يتم التحكم فيه عن طريق الأوامر المكتوبة.

أ. تحقق من خط إمداد الطاقة لمعرفة ما إذا كان هناك اتصال ضعيف في الخط الرئيسي للأرضية المشتركة. وفي كثير من الحالات، تصبح الأرضية المشتركة غير صالحة. سيؤدي هذا الموقف إلى حصول الماكينات على إشارات نبضية خاطئة بشكل متبادل.

س: ماذا علي أن أفعل إذا لم يتمكن تحديد زاوية الدفة من الوصول إلى الزاوية الدقيقة التي حسبتها وأردتها؟

ج: قم بمعايرة عرض نبضة PWM يدويًا، وقم بإزالة الأجزاء الوهمية من الهيكل ثم أعد تحديد المعلمات. لا تقم فقط بتطبيق البرامج النصية للمعلمات الشائعة على الإنترنت دون تفكير.

عندما يتم استخدام لوحة التطوير نفسها لتوفير مصدر الطاقة وتوصيلها مباشرة بالدفة لإمدادات الطاقة، لماذا تبدو العملية متأخرة ويكون مصدر الطاقة عرضة بسهولة لردود الفعل العكسية؟

عند بدء تشغيل المؤازرة، تتجاوز قيمتها القصوى 600 مللي أمبير. لا يمكن لـ LDO الموجود على متن الطائرة أن يتحمل الانخفاض الفوري في جهد الحمل، لذلك يلزم وجود مصدر طاقة خارجي مستقل لتحقيق استقرار مصدر الطاقة.

إن جوهر هذه النقاط التي تم التأكيد عليها مرارًا وتكرارًا لا يزال هو ما تم ذكره مرارًا وتكرارًا: المبدأ الأساسي لـاردوينو PWM السيطرة على المؤازرة، مطابقة تعريف فترة PWM البالغة 20 مللي ثانية، ومطابقة عرض النبض المقابل للنبض ورسم خرائط زاوية الدفة الفعلية، وإمدادات الطاقة المستقلة والتأكد من تأريض كلا الجانبين، هذه هي النقطة الأساسية لتجنب المخاطر. لا تتجاهل الاستنتاجات العملية التي تراكمت لدى العديد من الأشخاص الكبار من خلال المزالق. يجب عليك تلبية هذه المتطلبات الأساسية الثلاثة بأمانة. 99% من المبتدئين العاديين لن يحتاجوا إلى العثور على أي أدوات خاصة معقدة ومتطورة. أخيرًا، يجب على الجميع أن يبدأوا الآن، ويخرجوا مواد المجموعة، ويقضوا خمسة عشر دقيقة في اتباع هذه المجموعة من الإجراءات العملية. في البداية، يجب أن نبدأ بأبسط اختبار دورة أمامية وعكسية لسيرفو واحد، وندعه يعمل أولاً، بدلاً من التفكير في النتائج مرارًا وتكرارًا في العقل، ولكن لا نقوم بذلك شخصيًا أبدًا، مثل دوائر اللحام، وكتابة البرامج، ومجرد مشاهدة مقاطع الفيديو التعليمية، والتحدث عنها دون القيام بذلك فعليًا، ولن تنجزها أبدًا. افهم بالضبط أين عالقة نقاط الألم الصغيرة في العملية العملية. في اللحظة التي تدير فيها المؤازرة بيديك لتجعلها تدور، سيتم التخلص تمامًا من جميع المشاعر المجردة للدراسة النظرية على الورق. أليس هذا هو نوع المتعة التي يختبرها عشاق الأجهزة مفتوحة المصدر لأول مرة؟ بعد قولي هذا، إذا كنت ستقوم بتشغيله الآن، ما هي الوظيفة الأولى التي تخطط لاستخدام المؤازرة لتحقيقها في مشروعك الأول؟