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舵机控制原理_舵机程序控制原理
编辑: 时间: 2017-11-24

舵机控制原理:

调试了几天的舵机今天终于可以受我控制了,把学习到得知识和大家分享一下。对遇到的问题期待和大家一起讨论。

下面和大家分享一下有关舵机的资料(资料来源于天祥电子)。

1、舵机实物图片

20171027185908_19921

2、舵机介绍

舵机英文叫Servo,也称伺服机。其特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、成本较低等。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度(一般是以秒   /60°为单位)。它是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机能够在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。

3、舵机的工作原理

标准的舵机有3条引线,分别是:电源线Vcc、地线GND和控制信号线,如图3所示。

图3 标准舵机引线示意图

在航模遥控系统中,控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。他内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压和电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。其实我们可以不用去了解它内部的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。就象我们使用三极管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。舵机的控制信号也是PWM信号,利用占空比的变化改变舵机的位置。图4为舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系,其脉冲宽度在0.5~2.5ms之间变化时,舵机输出轴转角在0°~180°之间变化。

图4 舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系

4、用单片机实现舵机转角控制

单片机系统实现对舵机输出转角的控制,必须首先完成两个任务:首先是产生基本的PWM周期信号,即产生20ms的周期信号;其次是脉宽的调整,即单片机调节PWM信号的占空比。

单片机作为舵机的控制部分,能使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化,从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法,再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机,由于单片机系统是个数字系统,其控制信号的变化完全依靠硬件计数,所以受外界干扰较小,整个系统工作可靠。

单片机控制单个舵机是比较简单的,利用一个定时器即可,假设仅控制舵机5个角度转动,其控制思路如下:只利用一个定时器T0,定时时间为0.5ms,定义一个角度标识,数值可以为1、2、3、4、5,实现0.5ms、1ms、1.5ms、2ms、2.5ms高电平的输出,再定义一个变量,数值最大为40,实现周期为20ms。每次进入定时中断,判断此时的角度标识,进行相应的操作。比如此时为5,则进入的前5次中断期间,信号输出为高电平,即为2.5ms的高电平。剩下的35次中断期间,信号输出为低电平,即为17.5ms的低电平。这样总的时间是20ms,为一个周期。

当用单片机系统控制多个舵机工作时,可以参考下以方法:以驱动8路舵机为例,假设使用的舵机工作周期均为20ms时,那么用单片机定时器产生的多路PWM波的周期也相同。使用单片机的内部定时器产生脉冲计数,一般来说,舵机工作正脉冲宽度小于周期的1/8,这样能够在1个周期内分时启动各路PWM波的上升沿,再利用定时器中断T0确定各路PWM波的输出宽度,定时器中断T1控制20ms的基准时间。第1次定时器中断T0按20ms的1/8配置初值,并配置输出I/O口,第1次T0定时中断响应后,将当前输出I/O口对应的引脚输出置高电平,配置该路输出正脉冲宽度,并启动第2次定时器中断,输出I/O口指向下一个输出口。第2次定时器定时时间结束后,将当前输出引脚置低电平,配置此中断周期为20ms的1/8减去正脉冲的时间,此路PWM信号在该周期中输出完毕,往复输出。在每次循环的第16次(2×8=16)中断实行关定时中断T0的操作,最后就能够实现8路舵机控制信号的输出。

5、舵机与单片机连接原理图

在用单片机驱动舵机之前,要先确定相应舵机的功率,然后选择足够功率的电源为舵机供电,控制端无需大电流,直接用单片机的I/O口就可操作,扩展板上舵机信号线接单片机的P1.7,舵机与单片机连接原理图如图5所示。

图5 舵机和单片机连接原理图

根据我的调试经验,选择足够功率的电源为舵机供电是非常重要的,开始时我用单片机学习板调试,用示波器观察了输出地波形、占空比和脉宽都和资料里提到的完全一样,但是舵机转动的就是不正常,有的时候吱吱的转不动,有时候只是转向一边,怎么也不转回来。个人觉得,所有问题的根源都在电源上,如果舵机供电正常,应该没有什么问题。

以下是我测试舵机的C语言代码,参考至网络。

舵机控制程序:

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uint j,a,num=2;

uchar pro;

uchar tab[]={10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,28,28,

25,24,30,30,30,20,19,18,17,16,15,14,13,12,11,10};

sbit PWM=P1^0; //舵机pwm//

sbit key1=P1^6;

sbit key2=P1^7;

void init()

{

TMOD=0x01;

EA=1;

TR0=1;

TH0 = 0xff;

TL0 = 0xce;

ET0=1;

}

void delay_us(uint x)

{

do {

x--;

}

while(x>1);

}

void delay_ms(uint x)

{

while(x!=0)

{

delay_us(500);

x--;

}

}

void dj(uint m) //舵机控制

{

pro=m;

}

void main()

{

init();

while(1)

{

// baidong();

if(key1==0)

{

delay_ms(5);

if(key1==0)

{

while(!key1);

num++;

if(num==6)

num=1;

}

}

if(key2==0)

{

delay_ms(5);

if(key2==0)

{

while(!key2);

num--;

if(num==0)

num=6;

}

}

if(num==1)

{

for(a=0;a<10;a++)

{

dj(tab[0]);

}

}

if(num==2)

{

for(a=0;a<10;a++)

{

dj(tab[6]);

}

}

if(num==3) //

{

for(a=0;a<10;a++)

{

dj(tab[9]);

}

}

if(num==4)

{

for(a=0;a<10;a++)

{

dj(tab[12]);

}

}

if(num==5)

{

for(a=0;a<10;a++)

{

dj(tab[15]);

}

}

}

}

void timer0() interrupt 1//定时0.1ms

{

TH0=0xff;

TL0=0xce;

j++;

if(j<=pro)

{

PWM=1;

}

else

{

PWM=0;

}

if(j==400) //周期20ms

{

j=0;

PWM=~PWM;

}

}

希望大家看了本文后能有些小收获。


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