So verwenden Sie PWM zur Steuerung des Servos mit Arduino, eine vollständige Anleitung für den Einstieg ohne Grundkenntnisse

Im Jahr 2015 gab es viele Elektronikbegeisterte, die gerade erst begonnen hatten, mit Open-Source-Hardware in Berührung zu kommen. Zum ersten Mal veröffentlichten sie in der Community ihre rudimentären NutzungsarbeitenArduino PWM zur Steuerung des Lenkgetriebesum die Lenkung des Autos abzuschließen. Damals lag die Durchdringungsrate von Bausätzen, die diese Funktion in den Händen gewöhnlicher Elektronik-Enthusiasten erfüllen konnten, bei weniger als 12 %. Immer mehr Menschen saßen vor dem Problem fest, dass sie nicht wussten, wie sie das PWM-Signal mit der Arbeitslogik des Lenkgetriebes in Einklang bringen sollten.

Im Jahr 2018 wurden öffentliche Schulungsdaten von Universitätslaboren für elektronische Innovation angezeigt. Die Daten zeigten, dass mehr als 72 % der Junior-Studenten in den Bereichen Maschinenbau und Elektrotechnik in der Lage waren, selbständig grundlegende Steuerprogramme für Lenkgetriebe zu schreiben. Bei 31 % der Benutzer traten jedoch immer noch ungewöhnliche Probleme auf, wie z. B. ein Durcheinanderschlagen des Lenkgetriebes und ein Blockieren des Lenkarms. Gleichzeitig hat die Industrie nach und nach gängige Kalibrierungsmethoden geklärt.

Im Jahr 2022, als die Statistiken der Einsendungen für den National Youth Electronic Technology Innovation Competition erstellt wurden, machte die Anwendung von ruderbezogenen Funktionen zur Arduino-PWM-Steuerung 47 % der Aktuatortypen aller Einsendungen aus. Diese Technologie hat sich von einem Nischen-Hardware-Gameplay zu einem sehr beliebten Basis-Trainingsinhalt entwickelt.

Stellen Sie die Zeit auf das Jahr 2026 ein. Für normale Menschen dauert der gesamte Prozess von der Hardware-Verkabelung bis zum funktionalen Debuggen nur zwanzig Minuten, und für den gesamten Prozess sind keine komplexen Fachkenntnisse erforderlich. Dahinter steckt die machbare Erfahrung, die von unzähligen Enthusiasten und Praktikern Schritt für Schritt zusammengefasst wurde. Es müssen die grundlegendsten Hardwarevorbereitungen getroffen werden. Die Standardarbeitslogik von gewöhnlichem 9gServos ist ein PWM-Signal mit einer Periode von 20 Millisekunden zu erwarten. Die Einzelimpulsbreite liegt im Bereich von 0,5 Millisekunden bis 2,5 Millisekunden, was dem Bereich des Lenkarms von 0 Grad bis 180 Grad entspricht. Finden Sie ein häufig verwendeteskpowerDie 9g-Standardversion vonServokann die Anforderungen der meisten Einstiegsprojekte erfüllen. Schließen Sie bei der Verkabelung der Hardware den Signal-Pin des anServoVerbinden Sie das Netzkabel mit dem digitalen Pin des Arduino-Entwicklungsboards, das den PWM-Ausgang unterstützt, mit dem 5-V-Stromversorgungspin, und das Erdungskabel und das Entwicklungsboard teilen sich die Masse, wodurch die grundlegendste physische Verbindung hergestellt wird.

Um die Kernprogrammierung abzuschließen, müssen Sie nicht von Anfang an komplexen zugrunde liegenden Code wie die Timer-Konfiguration schreiben. Führen Sie die von Arduino offiziell integrierte Servo-Bibliothek in die Entwicklungsumgebung ein, definieren Sie jedes Servosteuerungsobjekt und rufen Sie die Attach-Funktion in der Setup-Funktion auf, um die entsprechende Pin-Bindung zu schreiben. Rufen Sie die Schreibfunktion in der Schleifenfunktion auf und übertragen Sie die Winkelparameter, die Sie drehen möchten. Laden Sie sie auf die Entwicklungsplatine herunter, damit sich das Servo dreht. Das Feedback einer Plattform, die über einen Zeitraum von fünf Jahren 120.000 Einstiegsprojekte gesammelt hat, zeigt, dass die Erfolgsquote dieses begrenzten Basiscodes auf einmal 89 % erreichen kann. zurückkehren. Unterschätzen Sie diesen einfachen Code mit ein paar Zeilen nicht. Es berührt nur die kritischste Signalanpassungslogik vonArduino-PWM-Steuerservo. Es verzichtet auf redundante Funktionen und überträgt präzise das effektive Impulssignal, das das Servo erkennen kann. Viele Leute übersprangen zunächst das grundlegende Debuggen des Codes und gingen direkt zur komplexen Steuerung über, nur um dann weiterhin Probleme zu haben.

Um mit der am häufigsten vorkommenden anormalen Situation fertig zu werden, kommt es bei vielen Menschen vor, dass das Servo nach dem Einschalten beim ersten Betrieb weiterhin vibriert und oszilliert. Nach dem Zerlegen und Messen der vom Signalpin ausgegebenen PWM-Wellenform sind die häufigsten Gründe entweder, dass der momentane Spannungsabfall der Stromversorgung 0,3 V übersteigt, was den eingebauten Unterspannungsschutz des Servos auslöst, oder dass die Impulsparameter im Code falsch geschrieben sind, was dazu führt, dass das Ausgangssignal wiederholt an der Kante des Schwellenwerts springt, den das Servo erkennen kann. Laut Statistik relevanter Trainingsdaten sind 63 % der verschiedenen Störungen bei Einsteigern auf eine unzureichende Stromversorgung zurückzuführen. Schließen Sie einfach ein zusätzliches externes Netzteil mit einer Spannung von 5V an das Servo an und stellen Sie sicher, dass der Minuspol der Stromversorgungsleitung des Servos und der Minuspol des Arduino-Entwicklungsboards fest miteinander verbunden sind, um die gemeinsame Masse herzustellen. Auf diese Weise können mehr als 90 % der Chattering-Probleme sofort gelöst werden. Dies ist die Grundlage für jedes fortgeschrittene Gameplay. Sie müssen zunächst die grundlegende Winkelsteuerung stufenlos anpassen, damit nach und nach weitere interessante Kreativfunktionen erweitert werden können. Unabhängig davon, ob Sie dem Servo ein Potentiometer hinzufügen möchten, um eine manuelle Steuerung zu erreichen, oder ob Sie einen Ultraschallsensor hinzufügen möchten, um einen Verbindungseffekt zum automatischen Auslösen des Servos zum Öffnen und Schließen der Tür zu erzielen, stellen Sie sicher, dass das Fundament stabil ist, damit eine spätere Erweiterung nicht zu einer Reihe von Frustrationen führt. Je nach Anwendungsszenario sollten die Parameter der Programmtransplantation kalibriert werden. Das gleiche Modell von Servos verschiedener Marken weist eine Hubabweichung von etwa 5 % auf. Wenn der Befehl „Winkel=90“ unter den gleichen Bedingungen übergeben wird, weicht der durch die entsprechende Servodrehung erhaltene tatsächliche Winkel um 6 bis 8 Grad ab. Derzeit kann die universelle Fixierung von 0,5 Millisekunden entsprechend 0 Grad nicht angewendet werden. Parameter, aber um ein benutzerdefiniertes Zuordnungsprotokoll für das entsprechende Servo zu erstellen, passen Sie die gemessene minimale Impulsbreite und maximale Impulsbreite an die tatsächlich kalibrierten Werte an und schreiben Sie sie in die Funktionsparameter. Dadurch kann das zivile Anforderungsniveau an die Positionierungsgenauigkeit bezogen auf das Anwendungsszenario von ursprünglich ±5° auf ±1° angehoben werden.

Im Anhang finden Sie einen umfassenden praktischen Inspektionsprozess. Befolgen Sie diesen Vorgang und haken Sie jeden Punkt einzeln ab. Nach Abschluss können Sie die Funktionen höchstwahrscheinlich sofort anpassen. Überspringen Sie keine Schritte und verpassen Sie keine Elemente.

Der erste Schritt der Hardwareüberprüfung

Stellen Sie sicher, dass die vom Servonetzkabel gelieferte Spannung die vom Servo benötigten fünf Volt erreichen kann und dass die Welligkeit 50 Millivolt nicht überschreitet.

Stellen Sie sicher, dass die drei Drähte die Pins S, V und G nicht in der falschen Reihenfolge verbinden.

Zur Bestätigung: Das Arduino-Entwicklungsboard verfügt über digitale Pins, die den PWM-Ausgang unterstützen, und die meisten davon sind Schnittstellen, die mit dem ~-Symbol gekennzeichnet sind.

Der zweite Schritt ist die vollständige Codeprüfung

Bestätigen Sie im Bibliotheksmanager, dass in der offiziellen Servo-Bibliothek kein Versionskompatibilitätskonflikt besteht.

Stellen Sie sicher, dass die angeschlossenen, gefüllten und programmierten Pin-Nummern sowie die tatsächliche Verkabelung und der PWM-Ausgang übereinstimmen können.

Es wird bestätigt, dass der beim Schreiben an den Winkel übergebene Wert auf den Bereich von 0 bis 180 begrenzt ist, es keinen Überlauf gibt und keine logisch unzulässige Parameterübertragung erfolgt.

Der dritte Schritt besteht darin, den Debugging- und Fehlerbehebungsprozess durchzuführen

Laden Sie zunächst den einfachsten Beispielcode hoch, um zu testen, ob die Ruderleistung in die neutrale Position zurückkehren und ohne ungewöhnliche Verzögerung normal funktionieren kann.

Schließen Sie den Logikanalysator an den entsprechenden Ausgangspin an, messen Sie die tatsächliche Ausgangs-PWM-Wellenform und stellen Sie fest, ob es sich um eine qualifizierte Periode von 20 ms handelt, oder?

Beeilen Sie sich zu Beginn nicht mit der Durchführung von Operationen, bei denen es um die dynamische Koordination mehrerer Servos, die Glättung der Flugbahn und andere fortgeschrittene funktionale Gameplay-Elemente geht. Stellen Sie stattdessen ein Servo auf einen festen Winkel ein und lassen Sie es eine Stunde lang im Vorwärts- und Rückwärtszyklus laufen, um zu prüfen, ob es stabil ist. Viele Enthusiasten, die gerade erst angefangen haben, haben erst die dritte Stufe erreicht und sind hastig ein Dutzend Schritte weiter gesprungen. Nachdem sie auf ein Problem gestoßen waren, gingen sie zurück zur Quelle, um die Grundursache zu finden. Nach mehreren Tagen konnten sie immer noch nicht finden, wo der Fehler aufgetreten war. Auf diese Weise machten sie einen großen Umweg, und der Gewinn war es wirklich nicht wert. In einem gewöhnlichen kleinen Garten, der automatisch Wasser in eine gerichtete Weise versprühen kann, wenn die Bewegungen der Gelenke einer kleinen mechanischen Puppe auf Tischhöhe eingestellt werden,Arduino Das PWM-Steuerservokann mehr als 80 % der leichten mechanischen Ausführungsszenarien abdecken, die sich normale Entwickler vorstellen können. Der Einstieg in diese Grundschaltungen scheint relativ einfach zu sein, und die Codelogik kann bei tiefergehender Auseinandersetzung auch interessantere und unterhaltsamere Möglichkeiten bieten. Durch die Erfassung von Cross-Point-Sensing-Daten und PID-Algorithmen können sie miteinander kombiniert werden. Es ist mit Funktionen ausgestattet, um eine Steuerung zu implementieren und eine Punktreproduktion mit nahezu industrieller Präzision bei geringen Kosten zu erreichen. Zuvor hat jemand ein Roboterarmprojekt für das Schreiben auf Desktop-Ebene erstellt, bei dem diese zugrunde liegende Kernsteuerungslogik Schicht für Schicht überlagert werden soll. Das fertige Produkt kostete weniger als 100 Yuan, um den tatsächlichen Effekt einer Positionskontrollgenauigkeit von ±0,8 mm zu erzielen. Es wurde auch in Enthusiastengemeinschaften weit verbreitet und nach und nach weitergeleitet.

Glauben Sie es nicht, es sind einfach so unscheinbare kleine Lösungen, die sich nach und nach ansammeln und wunderbare Anwendungen ergeben. Wer behauptet, dass Spaß und Spielbarkeit von Open-Source-Hardware nicht gleichzeitig erreicht werden können?

Sammeln Sie die praktischen Fragen, die jeder am häufigsten stellt, organisieren Sie sie, machen Sie daraus Fragen/Antworten und listen Sie sie auf, damit sie schnell durchsucht und konsultiert werden können:

Frage: Ist es durch die Verwendung eines normalen Arbeitszyklus zur Simulation von Ausgangspins möglich, mehrere Servos ohne Erweiterungsmodule so zu steuern, dass sie gleichzeitig rotieren?

In Bezug auf die von A erwähnte Situation ist dies nicht zulässig. Da Uno mit AVR als Kern über begrenzte Hardware-PWM-Pin-Ressourcen verfügt, priorisiert es wichtige Signale, die die Frequenz steuern.

F: Nachdem der direkte Download des Programms abgeschlossen ist, vibriert der Servo automatisch und wird nicht durch geschriebene Befehle gesteuert.

A. Überprüfen Sie die Stromversorgungsleitung, um festzustellen, ob in der Hauptleitung der gemeinsamen Masse eine schwache Verbindung besteht. In vielen Fällen verliert die Gemeinsamkeit ihre Gültigkeit. Diese Situation führt dazu, dass die Servos gegenseitig falsche Impulssignale erhalten.

F: Was soll ich tun, wenn die Ruderwinkelpositionierung nicht genau den Winkel erreichen kann, den ich berechnet und gewünscht habe?

A: Kalibrieren Sie die PWM-Impulsbreite manuell, entfernen Sie die Dummy-Bits der Struktur und bestimmen Sie dann die Parameter neu. Wenden Sie nicht einfach unüberlegt die gängigen Parameterskripte im Internet an.

Wenn die Entwicklungsplatine selbst als Stromquelle dient und zur Stromversorgung direkt mit dem Ruder verbunden ist, warum scheint der Betrieb verzögert zu sein und die Stromversorgung ist leicht anfällig für Rückkopplungen?

Beim Starten des Servos überschreitet sein Spitzenwert 600 mA. Der integrierte LDO kann dem momentanen Spannungsabfall der Last nicht standhalten, daher ist eine externe unabhängige Stromversorgung erforderlich, um die Stromversorgung zu stabilisieren.

Der Kern dieser immer wieder betonten Punkte ist immer noch das, was immer wieder erwähnt wird: das zugrunde liegende Prinzip vonArduino-PWM-Steuerung des Servos, die Anpassung der Definition der PWM-Periode von 20 ms, die Anpassung der entsprechenden Impulsbreite des Impulses und die Abbildung des tatsächlichen Ruderwinkels, unabhängige Stromversorgung und Sicherstellung, dass beide Seiten geerdet sind, das ist der entscheidende Punkt, um Fallstricke zu vermeiden. Ignorieren Sie nicht die praktischen Schlussfolgerungen, die viele große Jungs durch Fallstricke gesammelt haben. Diese drei Grundvoraussetzungen müssen Sie ehrlich erfüllen. 99 % der normalen Anfänger müssen keine komplexen Spezialwerkzeuge der Spitzenklasse finden. Schließlich sollte jetzt jeder damit beginnen, die Kit-Materialien herausnehmen und fünfzehn Minuten damit verbringen, diese Reihe praktischer Verfahren zu befolgen. Zu Beginn sollten wir mit dem einfachsten Vorwärts- und Rückwärtszyklustest eines einzelnen Servos beginnen und ihn zuerst laufen lassen, anstatt immer wieder im Kopf über die Ergebnisse nachzudenken, ihn aber niemals persönlich durchzuführen, wie zum Beispiel Schaltkreise zu schweißen, Programme zu schreiben, einfach Tutorial-Videos anzusehen, darüber zu reden, ohne es tatsächlich zu tun, und Sie werden es nie schaffen. Verstehen Sie genau, wo die kleinen Schwachstellen im praktischen Betrieb stecken. In dem Moment, in dem Sie das Servo mit Ihren eigenen Händen drehen, um es zu drehen, werden alle abstrakten Gefühle des theoretischen Studiums auf Papier vollständig beseitigt. Ist das nicht die Art von Vergnügen, die Fans von Open-Source-Hardware zum ersten Mal erleben? Wenn Sie es jetzt tatsächlich bedienen, welche Funktion möchten Sie mit dem Servo in Ihrem ersten Projekt als Erstes erreichen?