Arduino伺服电机

正如我们在基于Arduino的直流电机控制项目中提到的，直流电机是电子、机器人、玩具等领域最常用的电机之一。它通常只有两根电线用于电气连接。当这些电线被正确连接，并给予电力供应(如电池)，电机开始旋转。一种叫做脉宽调制(PWM)的技术允许我们控制电机的旋转速度。

伺服电机的故事完全不同于直流电机的故事。伺服电机是一种执行机构，提供高精度的控制直线或角度的位置。一个典型的伺服电机由四部分组成:一个直流电机(或交流电机)，一个齿轮单元，一个位置和速度感应装置和一个控制单元。

伺服电机用于需要非常高精度运动的应用，如装配机器人，计算机数字控制等。

在这个项目中，我们将使用Arduino UNO板来控制伺服电机的位置。

线路图

组件

• Arduino UNO董事会
• 塔Pro SG90伺服电机
• 10 kΩ电位计
• 5 v电源
• 电路试验板
• 连接电线

组件描述

Arduino UNO

该项目的主要处理模块是Arduino UNO板。它的功能,如模数转换器(ADC)和脉宽调制(PWM)在这个项目中使用。

伺服电机

正如在介绍中提到的，伺服电机是一种用于精密控制的直流电动机。伺服电机有交流伺服电机和直流伺服电机两种，每种类型都有自己的应用领域。

一个简单的伺服电机(如在这个项目中使用的)包括一个小型直流电机，一个提供位置反馈的电位器，一个增加扭矩的齿轮系统和一个控制系统。

通常，简单的伺服电机由三条线组成。这些通常是红色，棕色和橙色的编码(可能不同的模型)。红色线用于供电，棕色线用于接地，橙色线用于控制信号。

在这里，控制信号将决定伺服电机轴的位置。控制信号通常是一个PWM信号，但这个PWM信号不用于控制电机的速度，如直流电机。相反，它是用来确定伺服仪表的位置。

伺服电机中的直流电机是根据伺服电机接收的控制信号来供电的。根据位置传感系统(如电位器)的反馈，当伺服系统达到预期位置时，停止给电机供电。

即使伺服电机内部的电机的供电不是恒定的，但整体的功率应该是恒定的，因为伺服电机有一个专门的系统控制功率。

本项目使用的伺服电机为Tower Pro SG90。这是一个小但强大的伺服电机，可以产生扭矩1.8 kgf.cm。

电路设计

这个项目的主要组件是Arduino UNO板和伺服电机。电路的设计非常简单。如前所述，伺服电机有三根线:两根用于电气连接，一根用于控制信号。

因此，连接红色线+5V电源和棕色线接地。由于控制信号是PWM(如果是伺服电机，技术上是Pulse Position Modulation或PPM)，控制线或橙色线必须连接到Arduino UNO板的任何PWM输出引脚。在这个项目中，我们将伺服仪表的控制线连接到Arduino的Pin 11上。

为了手动控制伺服电机的位置，我们需要使用电位器。10KΩ POT的雨刷端子连接Arduino UNO的模拟输入引脚A0。电位器的其他端子分别连接+5V电源和地。

工作

本项目的目的是通过Arduino UNO板演示一个伺服仪表的工作。这里解释了该项目的工作。

在这里，我们实现了伺服电机的两种不同的操作模式。在第一种模式下，Arduino板(或微控制器)会以+180度和-180度的角度连续扫描伺服电机，即时钟方向180度和反时钟方向180度。

在第二种模式中，使用电位器手动控制伺服电机的位置。即使在这种模式下，伺服电机也可以在+180和-180旋转，但位置可以通过电位器精确控制。

在第一种情况下，我们需要使用以下电路。

将程序上传到Arduino，当系统上电ON时，将PWM控制信号传给伺服电机的控制线。结果，伺服电机在时钟方向上旋转180度，一次一度。当伺服电机达到180度时，开始逆时针方向旋转，回到初始位置。此过程将一直持续到系统下电。

但是为了更精确的控制，我们需要使用第二种模式，并且必须使用下面的电路。

电位器连接Arduino的模拟输入引脚。电位器的位置将决定PWM信号的占空比，这个值将在0到1023的范围内(因为Arduino UNO有10位ADC)，映射到0到180度的角度位置。因此，通过调节电位器的位置，可以精确地控制伺服电机的每一个转动度。

应用程序

• 伺服电机是精密控制系统的主要部件之一。
• 基于Arduino的伺服电机可用于小型机器人应用，安防摄像头的角度控制等。
• 也可用于太阳能跟踪系统，提高太阳能的效率。

代码# 1

代码# 2