Como escrever código servo e ensinar passo a passo como ajustar o PWM e evitar armadilhas

Quando se trata de escreverservocódigo, muitos amigos que estão apenas começando ficam presos aqui. Parece que o leme é fácil de operar, mas quando você realmente escreve o código para controlá-lo, descobrirá que vários problemas, como rotação imprecisa, instabilidade e resposta lenta, aparecem. Na verdade,servoo controle não é tão misterioso. Se você compreender os princípios e as armadilhas comuns, também poderá escrever um código de controle suave.

Qual é o princípio do controle da caixa de direção?

O principal segredo da operação do mecanismo de direção está no sinal periódico de 20 milissegundos. Simplificando, existe um circuito de referência dentro doservo, que está sempre aguardando um sinal de pulso. A largura deste pulso determina onde o eixo do servo para.

Normalmente usamos um pulso de 1,5 milissegundos correspondendo à posição intermediária de 90 graus, 0,5 milissegundos correspondendo a 0 graus e 2,5 milissegundos correspondendo a 180 graus. Você pode perguntar: por que ele precisa ser enviado a cada 20 milissegundos? Na verdade, este é um padrão da indústria, permitindo resposta e tempo de estabilização suficientes para o servo.

Depois de entender isso, você entenderá a essência de escrever código: não é apenas enviar um pulso de largura específica ao servo a cada 20 milissegundos. Não pense muito complicado, esse é o trabalho delicado de um cronômetro.

Como gerar esse pulso no código

A forma mais direta é utilizar o módulo PWM que acompanha o microcontrolador. Essa coisa nasceu para fazer isso. Você só precisa definir a divisão de frequência e o período de contagem do temporizador para que ele transborde exatamente a cada 20 milissegundos.

Em seguida, defina o valor do registro de comparação para a largura de pulso do ângulo correspondente. Por exemplo, se você deseja que o servo gire para 0 graus, defina o tempo de alto nível do PWM para 0,5 milissegundos. Este processo é como acertar um despertador, definindo quando e por quanto tempo tocar.

️ As etapas de operação específicas são, na verdade, três etapas:

1. Inicialize o temporizador e deixe-o funcionar a uma frequência de 50 Hz

2. Configure o canal de saída PWM e defina a polaridade

3. Escreva uma função de conversão de ângulo para mapear 0 a 180 graus em 0,5 a 2,5 milissegundos

Se o seu microcontrolador não possui módulo PWM, não entre em pânico. Isso pode ser feito usando uma porta IO comum e adicionando uma função de atraso, mas a CPU precisa estar ocupada o tempo todo e não pode fazer outro trabalho.

Como resolver o problema do servo ficar vibrando?

Quando você encontrar um servo que treme como uma peneira, não duvide da sua vida. Provavelmente, o pulso no seu código está instável. A armadilha mais comum é que as interrupções interferem na geração do PWM.

Por exemplo, se você ativar a interrupção da porta serial e receber dados por alguns microssegundos, o pulso que deveria ser enviado por 1,5 milissegundos se tornará 1,6 milissegundos e o servo irá tremer. A solução é dar ao PWM a mais alta prioridade ou usar o PWM de hardware para ser totalmente gerenciado por periféricos e não depender da CPU.

Fonte de alimentação insuficiente também causará tremores. A corrente de partida do servo é bastante grande, principalmente quando está sob carga. Se o microcontrolador reiniciar assim que o servo girar, ou se o servo tremer sozinho, verifique a fonte de alimentação rapidamente e substitua-a por um adaptador de energia suficiente.

O que devo fazer se a caixa de direção não puder girar no lugar?

Na verdade, esse problema é bastante comum. Você calculou claramente que 1,5 milissegundos corresponde a 90 graus, mas o servo girou apenas 85 graus e parou de se mover. Há um pequeno detalhe aqui. Para diferentes marcas de servos, o ângulo correspondente à mesma largura de pulso pode ser diferente.

Isto é especialmente óbvio para servos baratos, com grandes lacunas de engrenagem e precisão medíocre do potenciômetro. A solução é adicionar ajustes ao seu código. Escreva uma função de calibração que permita que o valor da largura de pulso de cada ângulo seja ajustado no programa.

Há também a questão dos limites mecânicos. O servo não atingiu a posição designada, talvez esteja preso em alguma coisa. Neste momento, aumentar à força a largura do pulso para empurrá-lo apenas queimará o servo. Lembre-se de limitar a largura do pulso no código e não deixe o valor do comando exceder o limite físico do servo.

Como escrever código de controle do mecanismo de direção multicanal

Se você quiser fazer um robô ou braço robótico, você deve ter mais de um aparelho de direção. Se cada servo usar um canal PWM separado, os pinos do microcontrolador não serão suficientes. Neste momento, o painel de controle servo ou o método de simulação de software devem ser usados.

É mais fácil usar esse tipo de chip de servo driver especializado. Uma interface I2C pode controlar servos de 16 canais. O código também é simples. Basta escrever uma função de biblioteca para ajustar diretamente o ângulo. Se você usar um temporizador para simular você mesmo, poderá configurar uma interrupção temporizada para processar um pulso de servo por vez, revezando-se.

Observe que quando vários servos operam ao mesmo tempo, a pressão da fonte de alimentação será grande. Você pode projetar uma sequência inicial no código para que os servos de alta corrente iniciem em tempos escalonados, de modo que não girem todos ao mesmo tempo, o que pode efetivamente evitar quedas de tensão.

Quais são as técnicas para depurar o código do mecanismo de direção?

Coloquei o código escrito e o leme funcionou, mas ainda senti que algo estava errado. Nessa hora não adianta só olhar, tem que usar os dados para falar. A maneira mais simples é gerar a porta serial e imprimir o valor da largura de pulso enviado a cada vez para ver o quanto ele difere do valor teórico.

Você também pode usar um analisador lógico para capturar a forma de onda PWM. Você pode saber rapidamente se a largura do pulso é precisa e se o período é estável. Muitos problemas podem ser entendidos rapidamente observando a forma de onda, como falhas de pulso ou períodos longos e curtos.

Outra maneira estúpida de depurar o servo é testá-lo em seções. Primeiro teste a posição de 0 graus separadamente, depois 90 graus e finalmente 180 graus para ver se a posição de cada ponto está correta. Se um determinado ponto for impreciso, basicamente há algo errado com o cálculo correspondente a essa largura de pulso.

Falando nisso, você já se deparou com uma situação em que as velocidades de avanço e ré da direção são diferentes? Bem-vindo a compartilhar sua experiência com armadilhas na área de comentários. Se você achar útil, dê um like e apoie para que mais amigos que jogam servos possam ver este artigo ~