【雕爷学编程】Arduino动手做（83）---模拟SG90舵机模块2

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验八十三：180度SG90舵机模块（模拟9G）

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尝试拆解一个9g的舵机，四个螺丝挺长的，拆开是这样的

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一部分是齿轮组

还有就是一只小电动机和一小片电路板

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看到电路板背面有个芯片，型号是KC5188

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芯片介绍——
KC5188与外围PNP晶体管可组成一个直流脉宽调制电路。当控制输入端PIN2（IN）输入一个周期为20ms，脉宽为1.0-2.0ms的可变脉冲时，对应的桥式PWM电路可输出一个正向-负向可逆的驱动电压。当输入脉宽为1.5ms时为零点，此时桥式电路的晶体管输出一个2.5V左右的对称电压，从而使负载上的平均电压为零。当输入脉冲宽度增大（减小）时，桥式电路的一侧（或另一侧）开始导通。导通时间与输入脉宽与零点（1.5ms）之差成正比。当脉宽为2.0ms时负载上的电压接近为+Vcc。而脉宽为1.0ms时，负载上电压接近-Vcc。当输入脉宽为零点值（1.5ms）时，如输出不为零点，可调整PIN11脚的电位，使其恢复零点。利用这一特性，可用桥式电路驱动一个机械位置传感器（电位器），形成位置闭环，从而组成一个位置控制器。

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功能特性——
（1）死区设置简单
（2）优越的电源与温度特性
（3）容易与CMOS电路接口
（4）内置持续高电平保护电路
（5）电源电压范围：3.4~7.0V，典型工作电压4.8V
（6）静态电流较小，典型值为4.3mA（当输出开路时）
功能框图——

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应用电路

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舵机的工作原理
舵机内部的控制电路，电位计（可变电阻器）和电机均被连接到电路板上，如内部结构图的右边部分。控制电路通过电位计可监控舵机的当前角度。
如果轴的位置与控制信号相符，那么电机就会关闭。如果控制电路发现这个角度不正确，它就会控制马达转动，直到它达到指定的角度。舵机角度根据制造商的不同而有所不同。比如，一个180度的舵机，它可以在0度至180度之间运动。由于限位装置被安装在主输出装置上，超出这个范围机械结构就不能再转动了。
舵机的输出功率与它所需要转动的距离成正比。如果输出轴需要转动很长的距离，马达就会全速运转，如果它只需要短距离转动，马达就会以较慢的速度运行，这叫做速度比例控制。

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如何让舵机转到指定角度？
控制线用于传输角度控制信号。这个角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的，这叫做脉冲编码调制（PCM）。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围，总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。例如：1.5毫秒的脉冲，电机将转向90度的位置（通常称为中立位置，对于180°舵机来说，就是90°位置）。如果脉冲宽度小于1.5毫秒，那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒，轴向就朝向180度方向。

以180度舵机为例，对应的控制关系是这样的：
0.5ms————-0度；
1.0ms————45度；
1.5ms————90度；
2.0ms———–135度；
2.5ms———–180度；

伺服电机时序图

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舵机的简易测试（推荐方式）
1、简易舵机测试仪的主要参数——
（1）输出：≤15mA (5.0)
（2）输入：DC 4.2-6.0v
（3）输出信号：1.5ms±0.5ms
（4）尺寸：463217MM
（5）重量：8g
（6）调节方式：手动，自动，中位。

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2、简易舵机测试仪的功能特点——
（1）可连接两组舵机或电调；
（2）能够很方便的检测和设定伺服器的虚位，抖动和中位；
（3）单片机控制，稳定性好、精度高。旋转旋钮，即可检测舵机；
（4）它相当于一个“手动接收机”的功能，通过旋钮模拟发射机打舵；
（6）如果连接电子调速器(有刷或无刷均可)，即可摆脱遥控设备进行手动调速，用于测试调速器或马达性能非常实用，不用再繁琐地连接遥控器和接收机了。
3、简易舵机测试仪的使用说明——
参照下面图片，左边接舵机，分上中下3组，可接3个舵机；右边单排插针接电源，靠近边上为负极（可看标识符号），接电池负极，千万注意不可接反，若电源接反将烧掉IC；S标识符对应的针脚，不用理会。接通电源，蓝色灯会同时亮，然后只亮左边第一个，为手动调节电位器测试，按按键，中间灯亮，为归中测试；第三个灯亮，自动测试。测试电调的接法和接舵机一样，但是就输入端就不要再接电源了，测试马达需先接电调，跟测电调一样！

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程序六：使用旋转编码器模块控制伺服电机SG-90
1、SG-90 伺服电机是一款低成本、高输出功率的伺服电机。它最多可旋转 180 度，每步最大可旋转 90 度。此外，它足够小，可以轻松融入您的机器人 ARM 或避障机器人项目。最重要的是，它只需要一个输出脉冲信号来控制它的运动。SG90伺服电机的引脚图，它仅由三个引脚组成，例如 PWM、接地和 Vcc 引脚。棕色、橙色和红色线分别是 GND、Vcc 和 PWM 引脚。

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2、实验接线示意图

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3、参考开源代码（Arduino）：

/*

 【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

 程序六：使用旋转编码器模块控制伺服电机SG-90

*/

//使用舵机库

#include <Servo.h>

//定义引脚连接

#define CLK 2

#define DT 3

Servo servo; // 创建一个伺服对象

int count = 0;

int current_stateCLK;

int last_stateCLK;

void setup() {

 pinMode(CLK, INPUT);  // 将编码器引脚设置为输入

 pinMode(DT, INPUT);   // 将编码器引脚设置为输入

 Serial.begin(115200);// 初始化串行通信在115200bps

 //将引脚7上的伺服附加到伺服对象

 servo.attach(7);

 servo.write(count);

 // 读取inputCLK的初始状态

 // 赋值给 previousStateCLK 变量

 last_stateCLK = digitalRead(CLK);

}

void loop() {

 current_stateCLK = digitalRead(CLK); //读取CLK的当前状态

 // 如果CLK 的先前状态和当前状态不同，则发生脉冲

 if (current_stateCLK != last_stateCLK && current_stateCLK == 1) {

  // 如果 inputDT 状态与 inputCLK 状态不同，则

  // 编码器逆时针旋转

  if (digitalRead(DT) != current_stateCLK) {

   count --;

   if (count < 0)

    count = 0;

  } else {

   // 编码器顺时针旋转

   count ++;

   if (count > 179)

    count = 179;

  }

  servo.write(count);  // 移动舵机

  Serial.print("角度位置: ");

  Serial.println(count);

 }

 last_stateCLK = current_stateCLK; // 用当前状态更新 last_stateCLK

}

4、实验串口返回情况

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实验场景图

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实验视频

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg0NjU0MDE0OA==

使用三轴ADXL345模块控制9G舵机
（1）实验开源仿真编程（Linkboy V4.63）

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（2）打开Linkboy——各种常用小工具——串口绘图器，查看实验波形
实验串口绘图器返回情况

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（3）实验场景图

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（4）实验的视频记录
https://v.youku.com/v_show/id_XNTg2ODk1ODk0MA==.html

附录：模型舵机故障的判断与修理
1、模型炸机后舵机电机狂转、舵盘摇臂不受控制、摇臂打滑，可以断定：齿轮扫齿了，换齿轮。
2、模型炸机后舵机一致性锐减，现象是炸坏的舵机反应迟钝，发热严重，但是可以随着控的指令运行，但是舵量很小很慢，基本断定：舵机电机过流了，拆下电机后发现电机空载电流很大（>150MA），失去完好的性能(完好电机空载电流≤60-90MA)，换舵机电机。
3、模型炸机后舵机打舵后无任何反应，基本确定舵机电子回路断路、接触不良或舵机的电机、电路板的驱动部分烧毁导致的，先检查线路，包括插头，电机引线和舵机引线是否有断路现象，如果没有的话，就进行逐一排除，先将电机卸下测试空载电流，如果空载电流小于90MA，则说明电机是好的，那问题绝对是舵机驱动烧坏了，9-13克微型舵机电路板上面就有2个或四个小贴片三极管，换掉就可以了，有2个三极管的那肯定是用Y2或IY直接代换，也就是SS8550，如果是有四个三极管的H桥电路，则直接用2个Y1（SS8050）和2个(SS8550)直接代换，65MG的UYR 用Y 1(SS8050 IC=1.5A); UXR------用Y2（SS8550，IC=1.5A）直接代换。
4、舵机故障是摇臂只能一边转动，另外一边不动的话，判断：舵机电机是好的，主要检查驱动部分，有可能烧了一边的驱动三极管，按照（3）维修即可。
5、维修好舵机后通电，发现舵机向一个方向转动后就卡住不动了，舵机吱吱地响，说明舵机电机的正负极或电位器的端线接错了，电机的两个接线倒个方向就可以了。
6、崭新的舵机买回来后，通电发现舵机狂抖，但用一下控的摇臂后，舵机一切正常，说明舵机在出厂的时候装配不当或齿轮精度不够，这个故障一般发生在金属舵机上面，如果不想退货或者更换的话，自行解决的方法：卸下舵机后盖，将舵机电机与舵机减速齿轮分离后，在齿轮之间挤点牙膏，上好舵机齿轮顶盖，上好减速箱螺丝后，安上舵机摇臂，用手反复旋转摇臂碾磨金属舵机齿轮，直至齿轮运转顺滑、齿轮摩擦噪音减小后，将舵机齿轮卸下汽油清洗后，装齿轮上硅油组装好舵机，即可解决舵机故障。
7、有一种故障舵机表现很古怪：摇动控的遥感，舵机有正常的反应，但是固定控的遥感某一位置后，故障舵机摇臂还在慢慢的运行，或者摇臂动作拖泥带水，并来回动作，经过多次维修后发现问题所在：应该紧密卡在舵机末级齿轮中电位器的金属转柄，与舵机摇臂大齿轮（末级）结合不紧，甚至发生打滑现象，导致舵机无法正确寻找控发出的位置指令，反馈不准，不停寻找导致的，解决了电位器与摇臂齿轮的紧密结合后，故障可以排除。按照改方法检修后故障仍旧存在的话，也有可能是舵机电机的问题或电位器的问题，需要综合分析逐一排查！
8、故障舵机不停的抖舵，排除无线电干扰，动控摇臂仍旧抖动的话，电位器老化，换之，或直接报废掉，当配件！

舵机使用注意事项
1、舵机在工作时的电流一般都比较大，给舵机供电的电源一定要保证电流足够，否则舵机可能工作不正常或者不工作（本例实验使用单只SG90 9g小型舵机，不用另接电源）。
2、电源正负极不能接错，舵机的供电电压有高有低，需要询问舵机的卖家得到具体的供电电压。如果电压不在正确范围内，舵机会烧坏或者无法正常工作。
3、一定记得开发板的GND要和舵机的负极连接在一起，称之为共地。因为PWM信号本质上说是一个电压信号，这个电压信号是相对开发板的GND给出的电压信号，舵机输入的也是一个电压信号，这个电压信号是相对舵机的负极电压来说的信号，因此要保证开发板GND的电压和舵机负极电压一致。
4、舵机舵盘安装一定要注意，在一些机器人套件中使用，往往有角度要求，需要电路板烧写初始化固件后，上电后，等待舵机轴转动到某一个位置后，再以舵盘与舵机成90°来安装。（具体根据套件）
5、舵机使用注意避免0或者180度这些极限位置，一般设置小一点的角度，因为这种9g舵机便宜，但是质量只能说一般，角度一致性不会太好，角度比较极限时，舵机会有抖动的现象。
6、舵机使用时，不应该超出舵机的最大扭矩，这个很好判断，如果给舵机的摇臂施加力后，舵机一直处于吱吱的抖动，说明已经超出舵机的最大极限力度了。这时候你应该减小负载。或者更换扭矩更大的舵机。
7、设置舵机转动角度时，需要注意保证舵机的角度是以转的，防止舵机堵转后烧坏舵机，一般都是这个问题导致舵机损坏。
8、不能长时间堵转，这样会造成电流过大，发热量大，烧毁舵机。
9、不能长时间快速正反转，这样会造成电流过大，发热量大，烧毁舵机。