Arduino 伺服电机

伺服电机是一种有输出轴的小型设备。通过向伺服发送编码信号，可以将该轴定位到特定的角度位置。只要编码信号存在于输入线上，伺服将保持轴的角位置。如果编码信号改变，则轴的角位置改变。实际上，伺服用于无线电控制的飞机中来定位控制面，如升降舵和方向舵。它们还用于无线电控制的汽车，木偶，当然还有机器人。

伺服在机器人中非常有用。电机体积小，内置控制电路，相对于它们尺寸来说非常强大。标准伺服如Futaba S-148具有42盎司/英寸的扭矩，这对于其尺寸来说是坚固的。它还吸取与机械负载成比例的功率。因此，轻负载伺服不会消耗太多能量。

伺服电机的内胆如下图所示。你可以看到控制电路，电机，一组齿轮和外壳。你还可以看到连接到外部的3根电线。一个是接电源（+5伏），一个接地，而白线是控制线。

伺服电机的工作

伺服电机有一些控制电路和一个连接到输出轴上的电位器（一个可变电阻，也称为电位器）。在上图中，电位器可以在电路板的右侧看到。该电位器允许控制电路监视伺服电机的当前角度。

如果轴处于正确的角度，则电机关闭。如果电路发现角度不正确，则会转动电机直到处于所需的角度。伺服的输出轴能够在180度左右的地方移动。通常情况下，它是在210度范围内的某个地方，然而，这取决于制造商。正常伺服用于控制0至180度的角运动。由于主输出齿轮上的机械止动装置，机械上它无法转动更远。

施加到电机上的功率与其需要行进的距离成比例。因此，如果轴需要转动较大的距离，电机将以全速运转。如果只需要少量转动，电机将以较低的速度运转。这称为比例控制。

如何沟通伺服应该转动的角度？

控制线用于传达角度。该角度由施加到控制线的脉冲持续时间确定。这称为脉冲编码调制。伺服期望每20毫秒（0.02秒）看到一个脉冲。脉冲的长度将决定电机转动的距离。例如，1.5毫秒脉冲将使电机转到90度位置（通常称为中性位置）。如果脉冲短于1.5毫秒，则电机将轴转到更接近0度。如果脉冲长于1.5毫秒，则轴转接近180度。

必需的组件

你将需要以下组件：

• 1 × Arduino UNO板
• 1 × 伺服电机
• 1 × ULN2003驱动IC
• 1 × 10KΩ电阻

程序

按照电路图进行连接，如下图所示。

草图

在计算机上打开Arduino IDE软件。使用Arduino语言进行编码控制你的电路。通过单击“New”打开一个新的草图文件。

Arduino代码

/* Controlling a servo position using a potentiometer (variable resistor) */

#include <Servo.h>
   Servo myservo; // create servo object to control a servo
   int potpin = 0; // analog pin used to connect the potentiometer
   int val; // variable to read the value from the analog pin

void setup() {
   myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}

void loop() {
   val = analogRead(potpin);
   // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
   val = map(val, 0, 1023, 0, 180);
   // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180)
   myservo.write(val); // sets the servo position according to the scaled value
   delay(15);
}

代码说明

伺服电机有三个端子：电源，接地和信号。电源线通常为红色，应连接到Arduino上的5V引脚。接地线通常为黑色或棕色，应连接到ULN2003 IC(10-16)的一个端子。为了保护你的Arduino板免受损坏，你将需要一些驱动IC来处理这些。这里我们使用ULN2003 IC来驱动伺服电机。信号引脚通常为黄色或橙色，应连接到Arduino引脚9。

连接电位器

分压器是串联电路中的电阻器，其将输出电压缩放到施加的输入电压的特定比例。下面是电路图：

V_out是输出电位，取决于施加的输入电压（V_in）和电阻（R₁和R₂）。这意味着流过R₁的电流也将流过R₂而不被分流。在上述等式中，随着R的值改变，V_out相对于输入电压V_in而缩放。

通常，电位器是一个分压器，它可以根据可变电阻的值而使用旋钮来缩放电路的输出电压。它有三个引脚：GND，Signal和+5V，如下图所示：

结果

通过更改电位器的NOP位置，伺服电机将改变其角度。