A solução para o tremor de vários servos acionados por Arduino: adicione uma placa de servocontrole

Você já encontrou esse tipo de problema? Eu quero adicionar umservoa um produto inovador para fazê-lo se mover, mas me sinto sobrecarregado quando vejo as complicadas conexões de circuito e os códigos densos. Se você dirigir diretamente váriosservos, o resultado será uma resposta lenta, agitação aleatória doservos, ou até mesmo queima direta da placa-mãe. Na verdade, você não está sozinho. Muitos amigos que fabricam produtos ficam presos nesta etapa. Não se preocupe, separe a parte do servocontrole e use uma "placa de servocontrole" especial para resolver o problema. Você descobrirá que as coisas de repente se tornarão mais simples.

Por que não consigo dirigi-lo se tenho muitos servos?

Muitas pessoas usarão diretamente o pino de 5V para alimentar o servo no início, e a propósito enviarão um sinal PWM, pensando que isso é suficiente. Mas há uma limitação física aqui: a corrente que o chip regulador de tensão no controlador pode fornecer é na verdade muito limitada, e quando um servo é bloqueado ou iniciado, a demanda de corrente pode chegar a várias centenas de miliamperes a 1 ampere. Quando você aciona mais de dois ou três servos ao mesmo tempo, a demanda total de corrente excede em muito a capacidade de fornecimento. É como pedir a uma criança que puxe um carrinho de mercadorias. O único resultado é uma queda repentina de tensão. Se ele “travar” e reiniciar, a direção perderá naturalmente o controle.

Além disso, os recursos do temporizador também são limitados. O controle dos servos depende de pulsos periódicos precisos de 20ms. Usar simulação de software para controlar mais de uma dúzia de servos ao mesmo tempo consumirá muito tempo de computação da CPU. Seu chip de controle principal ficará sem fôlego, fazendo com que outras leituras de sensores ou julgamentos lógicos no programa fiquem presos. Usar o painel de controle do volante equivale a contratar um “mordomo” profissional para realizar essas tarefas extenuantes. Você só precisa emitir instruções simples, como "girar 90 graus", e o resto do trabalho pesado fica por conta do painel de controle.

Que pontos problemáticos o painel de controle do volante resolve?

O maior problema é “queimar a placa-mãe”. Servos são peças mecânicas que ocasionalmente ficam presas e, quando ficam presas, a corrente aumenta. Se esta corrente passar diretamente, o circuito fraco da placa-mãe provavelmente queimará. A placa de controle servo geralmente vem com um capacitor de grande capacidade e um poderoso circuito estabilizador de tensão, que pode absorver esses choques de corrente e proteger sua placa de controle principal. É como usar uma camada de armadura, isolando correntes perigosas, permitindo depurar a estrutura mecânica sem se preocupar com as peças eletrônicas emitindo fumaça repentinamente.

O segundo ponto problemático é a "fiação confusa". Ao fazer protótipos de produtos, os fios de sinal, de alimentação e de aterramento de mais de uma dúzia de servos ficam emaranhados. Quando um fio está solto, é muito doloroso verificar. Um bom painel de controle deixará os terminais da fiação bem claros, geralmente usando fiação plug-in, e o fio terra e o fio de alimentação estarão claramente marcados. Você pode até usar apenas uma linha I2C ou serial para se comunicar e controlar dezenas de servos. Isso tornará sua bancada muito mais organizada e reduzirá bastante a taxa de falhas causadas por erros de fiação.

Como escolher uma placa de controle de direção confiável

Existem muitas placas de controle no mercado. Em primeiro lugar, é necessário observar o número de canais. Primeiro, conte quantos servos você precisa em seu produto. São 6, 16 ou 32? Seria melhor ter um ou dois canais sobressalentes. Em segundo lugar, depende do método de fornecimento de energia. Uma boa placa de controle terá uma tomada de alimentação separada, como um plugue CC, permitindo que você conecte diretamente a uma bateria ou adaptador de 6V-12V em vez de extrair energia dele. Isso significa que você pode usar uma fonte de energia mais poderosa para tornar a saída do servo mais forte e responder mais rapidamente.

Outro ponto que é facilmente esquecido é se o “protocolo de comunicação” é conveniente. Para iniciantes, uma placa de controle que suporte porta serial ou comunicação I2C é a mais amigável. Se você chamar uma função comoservo.move(1, 90)na biblioteca, o servo se moverá. Tente escolher aquelas placas que fornecem oficialmente bibliotecas e rotinas completas, para que você possa baixar as rotinas, alterar alguns parâmetros e executá-las, evitando o trabalho de estudar você mesmo o protocolo de comunicação subjacente. Por exemplo, a placa servo driver comum de 16 canais é uma boa escolha de entrada.

Ensine como conectá-los passo a passo

Etapa um: fiação. Conecte o fio de sinal do servo (geralmente um fio amarelo ou branco) ao pino do canal correspondente na placa de controle. O fio vermelho (fonte de alimentação) e o fio marrom (fio terra) do servo são conectados à fonte de alimentação e ao fio terra da placa de controle, respectivamente. Observe que você deve confirmar a tensão de trabalho do servo aqui, geralmente 6V, e então usar uma bateria ou adaptador de energia que possa fornecer corrente suficiente para conectá-lo à porta de entrada de energia da placa de controle.

Etapa 2: Conexão de comunicação. Use quatro fios DuPont para conectá-lo à placa de servocontrole: VCC para 5V, GND para GND, SDA para A4 (se for Uno) e SCL para A5. É como abrir uma estrada de informação entre eles. Em seguida, grave o código de amostra da placa de controle do servo e abra o monitor serial. Se você vir o aviso de que a inicialização foi bem-sucedida, significa que o "aperto de mão" entre eles foi bem-sucedido.

Etapa 3: depure o ângulo. Encontre a parte que controla o servo no código, comoservo.(0, 0, 300). O 300 aqui corresponde à posição de 0 grau do servo. Tente alterar o valor, como 400. Observe se o braço do servo gira em um ângulo adequado. Você precisa anotar os valores de vários pontos de ação importantes com base na sua estrutura mecânica. Por exemplo, a posição inicial é 300 e a posição de captura é 450. Escreva esses valores na lógica do programa principal e seu produto se moverá de acordo com suas ideias.

Como escrever código com mais facilidade depois de usar o painel de controle

Depois de usar o painel de controle, seu código ficará bem claro. Você não precisa mais incluir oServo.hbiblioteca ou escrever.()declarações. Você só precisa incluir a biblioteca fornecida pelo fabricante do painel de controle e inicializá-la emconfigurar()função. Emlaço()função, você pode se concentrar na lógica central do produto, como a leitura de dados do sensor e a determinação do status atual.

Por exemplo, digamos que você queira construir um sistema de rastreamento de luz solar. No passado, talvez você precisasse escrever código para ajustar os ângulos de dois servos ao mesmo tempo e também considerar conflitos de temporizador. Agora, você só precisa escrever uma lógica comoif (光敏电阻值 . A legibilidade do código é muito melhorada e a depuração também é mais conveniente. Você pode entregar o complexo algoritmo de ligação ao painel de controle e deixá-lo mover o servo suavemente, e você só precisa se preocupar com "quando mover".

Casos reais de produtos tornam as ideias mais claras

Imagine que você está construindo um robô que pode fazer chá automaticamente. Você precisa controlar um servo para segurar a xícara de chá, um servo para levantar o braço e um servo para derramar água. Se o inversor for usado diretamente e os três servos operarem ao mesmo tempo, a tensão pode ficar ligeiramente instável e a braçadeira pode se soltar e o copo pode cair. Usando a placa de controle do servo, você pode definir um torque de retenção mais alto para o servo que está preso para garantir que ele esteja sempre preso enquanto os outros dois servos se movem suavemente.

Para outro exemplo, fazer um robô de seis pernas requer a coordenação de 18 servos ao mesmo tempo. Isto é ainda mais inseparável do painel de controle. Ele é responsável apenas por calcular a altura que cada perna deve ser elevada e quão à frente ela deve estar com base no algoritmo de postura, e então empacotar os dados do ângulo e enviá-los para a placa de controle via I2C. Após receber as instruções, a placa de controle aciona os 18 servos com precisão e simultaneamente para completar a ação. Veja, por meio dessa divisão de trabalho, até o Uno mais comum pode controlar projetos complexos de robôs, para que sua criatividade não seja mais limitada pelo desempenho do hardware.

Depois de ler isso, você também quer experimentar o projeto da caixa de direção? Pense no protótipo do produto com o qual você está tendo dor de cabeça. Ele está travado devido à fonte de alimentação insuficiente ou o código está muito confuso? Usando o “plug-in” do painel de controle do servo, quais dos problemas mais difíceis você acha que podem ser resolvidos para você? Bem-vindo a conversar sobre seus projetos na área de comentários. Se você achar este artigo útil, não se esqueça de curtir e compartilhar com mais amigos criadores.