Come scrivere il codice servo e insegnarti passo dopo passo come regolare il PWM ed evitare insidie

Quando si tratta di scrivereservocodice, molti amici che hanno appena iniziato rimangono bloccati qui. Sembra che il timone sia facile da usare, ma quando scrivi effettivamente il codice per controllarlo, scoprirai che compaiono vari problemi come rotazione imprecisa, jitter e risposta lenta. Infatti,servoil controllo non è così misterioso. Se comprendi i principi e le insidie ​​​​comuni, puoi anche scrivere un codice di controllo fluido.

Qual è il principio del controllo dello sterzo?

Il segreto principale del funzionamento dello sterzo risiede nel segnale periodico di 20 millisecondi. In poche parole, c'è un circuito di riferimento all'internoservo, che è sempre in attesa di un segnale di impulso. L'ampiezza di questo impulso determina il punto in cui si ferma l'albero del servo.

Di solito utilizziamo un impulso di 1,5 millisecondi corrispondente alla posizione centrale di 90 gradi, 0,5 millisecondi corrispondente a 0 gradi e 2,5 millisecondi corrispondente a 180 gradi. Potresti chiedere, perché deve essere inviato ogni 20 millisecondi? Questo è in realtà uno standard industriale, che consente tempi di risposta e stabilizzazione sufficienti per il servo.

Dopo aver compreso questo, capirai l'essenza della scrittura del codice: non si tratta solo di inviare un impulso di una larghezza specifica al servo ogni 20 millisecondi. Non pensare troppo complicato, questo è il lavoro delicato di un timer.

Come generare quell'impulso nel codice

Il modo più diretto è utilizzare il modulo PWM fornito con il microcontrollore. Questa cosa è nata per fare questo. Devi solo impostare la divisione di frequenza del timer e il periodo di conteggio in modo che trabocchi esattamente ogni 20 millisecondi.

Quindi impostare il valore del registro di confronto sull'ampiezza dell'impulso dell'angolo corrispondente. Ad esempio, se si desidera che il servo ruoti a 0 gradi, impostare il tempo di livello alto PWM su 0,5 millisecondi. Questo processo è come impostare una sveglia, impostando quando suonare e per quanto tempo.

️ Le fasi operative specifiche sono in realtà tre passaggi:

1. Inizializzare il timer e lasciarlo funzionare ad una frequenza di 50Hz

2. Configurare il canale di uscita PWM e impostare la polarità

3. Scrivi una funzione di conversione dell'angolo per mappare da 0 a 180 gradi in un valore da 0,5 a 2,5 millisecondi

Se il tuo microcontrollore non ha un modulo PWM, niente panico. Può essere fatto utilizzando una normale porta IO e aggiungendo una funzione di ritardo, ma la CPU deve essere sempre occupata e non può svolgere altro lavoro.

Come risolvere il problema che il servo continua a vibrare?

Quando incontri un servo che trema come un setaccio, non dubitare della tua vita. Molto probabilmente, l'impulso nel tuo codice è instabile. Il problema più comune è che gli interrupt interferiscono con la generazione del PWM.

Ad esempio, se si attiva l'interruzione della porta seriale e si ricevono dati per pochi microsecondi, l'impulso che dovrebbe essere inviato per 1,5 millisecondi diventa 1,6 millisecondi e il servo tremerà. La soluzione è dare al PWM la massima priorità, oppure utilizzare il PWM hardware per essere completamente gestito dalle periferiche e non fare affidamento sulla CPU.

Anche un'alimentazione insufficiente causerà scosse. La corrente di avviamento del servo è piuttosto elevata, soprattutto quando è sotto carico. Se il microcontrollore si ripristina non appena il servo ruota, o il servo trema da solo, controlla rapidamente l'alimentazione e sostituiscila con un adattatore di alimentazione sufficiente.

Cosa devo fare se la scatola dello sterzo non riesce a girare in posizione?

Questo problema è in realtà abbastanza comune. Hai chiaramente calcolato che 1,5 millisecondi corrispondono a 90 gradi, ma il servo ha ruotato solo di 85 gradi e ha smesso di muoversi. C'è un piccolo dettaglio qui. Per diverse marche di servi, l'angolo corrispondente alla stessa larghezza di impulso può essere diverso.

Ciò è particolarmente evidente per i servi economici, con ampi spazi tra gli ingranaggi e una precisione del potenziometro mediocre. La soluzione è aggiungere modifiche al codice. Scrivere una funzione di calibrazione che consenta di ottimizzare il valore dell'ampiezza dell'impulso di ciascun angolo nel programma.

C’è anche il problema dei limiti meccanici. Il servo non ha raggiunto la posizione designata, forse è bloccato da qualcosa. In questo momento, aumentare forzatamente l'ampiezza dell'impulso per spingerlo attraverso brucerà solo il servo. Ricordarsi di limitare l'ampiezza dell'impulso nel codice e non lasciare che il valore di comando superi il limite fisico del servo.

Come scrivere il codice di controllo della timoneria multicanale

Se vuoi realizzare un robot o un braccio robotico, devi avere più di uno sterzo. Se ciascun servo utilizza un canale PWM separato, i pin del microcontrollore non saranno sufficienti. A questo punto è necessario utilizzare il pannello di controllo del servocomando o il metodo di simulazione del software.

È molto semplice utilizzare questo tipo di chip servoazionamento specializzato. Un'interfaccia I2C può controllare servi a 16 canali. Anche il codice è semplice. Basta scrivere una funzione di libreria per regolare direttamente l'angolo. Se usi un timer per simularlo tu stesso, puoi impostare un'interruzione temporizzata per elaborare un impulso del servo alla volta, a turno.

Si noti che quando più servi funzionano contemporaneamente, la pressione dell'alimentazione sarà elevata. È possibile progettare una sequenza di avvio nel codice in modo che i servi ad alta corrente si avviino a tempi sfalsati in modo che non ruotino tutti contemporaneamente, evitando così cadute di tensione.

Quali sono le tecniche per eseguire il debug del codice dello sterzo?

Ho inserito il codice scritto e il timone ha funzionato, ma sentivo ancora che qualcosa non andava. In questo momento è inutile limitarsi a guardarlo, bisogna usare i dati per parlare. Il modo più semplice è quello di uscire dalla porta seriale e stampare il valore dell'ampiezza dell'impulso inviato ogni volta per vedere quanto differisce dal valore teorico.

È inoltre possibile utilizzare un analizzatore logico per acquisire la forma d'onda PWM. Puoi capire a colpo d'occhio se l'ampiezza dell'impulso è precisa e se il periodo è stabile. Molti problemi possono essere compresi a colpo d'occhio osservando la forma d'onda, come disturbi del polso o periodi lunghi e brevi.

Un altro modo stupido per eseguire il debug del servo è testarlo in sezioni. Prima testare separatamente la posizione di 0 gradi, poi 90 gradi e infine 180 gradi per vedere se la posizione di ciascun punto è corretta. Se un certo punto è impreciso, fondamentalmente c'è qualcosa di sbagliato nel calcolo corrispondente a quell'ampiezza dell'impulso.

A proposito, hai mai riscontrato una situazione in cui le velocità di avanzamento e retromarcia dello sterzo sono diverse? Benvenuto per condividere la tua esperienza di trappola nell'area commenti. Se lo trovi utile, dagli un Mi piace e sostienilo in modo che più amici che giocano ai servi possano vedere questo articolo~