如何使用樹莓派控制舵機MG90D

本篇文章為大家展示了如何使用樹莓派控制舵機MG90D，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

舵機介紹

舵機是一種位置（角度）伺服的驅動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統。目前，在高檔遙控玩具，如飛機、潛艇模型，遙控機器人中已經得到了普遍應用。我們這里使用的淘寶上常見的MG90舵機。如下圖，需要注意，不同的型號，其轉向的角度，力距不一樣，可以根據自己的需求進行選用。

工作原理

舵機的控制信號由接收機的通道進入信號調制芯片，獲得直流偏置電壓。它內部有一個基準電路，產生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動。 
??舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對應的控制關系是這樣的： 

脈寬、占空比和舵機轉角之間的關系表格：

數據推算

在上表的基礎上，我們需要計算一些關鍵參數。 
根據上表，如果我們要使舵機轉到指定的角度θ(0≤θ≤180)θ(0≤θ≤180) ，則需要輸入的脈沖占空比為： 
D=2.5+(θ×(12.5?2.5))/180=2.5+(θ×10)/180
舵機轉動需要一定時間，給它發指令應避免引起沖突。舵機的轉速大概為0.2秒每60度，即0.003s/° 。而舵機的精度為180°/1024≈0.18°，對應的脈沖占空比精度為(12.5?2.5)/1024≈0.01 ，因此，在步進轉動內（即每次轉0.18°，后面直接取0.2°），給舵機發的指令間隔時間不應該低于0.2×0.003=0.0006s ，舍入一下即0.001s。而如果我們是任意指定轉角，那么兩次指令的間隔時間則應該長于180×0.260=0.4s，這是從0度轉到180度的時間。   

舵機接線

將舵機棕色線接到GND，紅色線接到+5V引腳，橙色線接到GPIO.12（BCM18)引腳。

程序編寫

Rotation.py

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 這個類表示單個的SG90模塊
class Rotation:
    frequency=50 #脈沖頻率(Hz)
    delta_theta=0.2 #步進轉動間隔(度)
    min_delay=0.0006 #轉動delta_theta的理論耗時(s)
    max_delay=0.4 #從0轉到180的耗時(s)

    def __init__(self,channel,min_theta,max_theta,init_theta=0):
        '''
        構造函數：
            channel: 舵機信號線所連接的樹莓派引腳編號（BCM編碼）
            min_theta: 舵機轉動的最小角度
            max_theta: 舵機轉動的最大角度
            init_theta: 舵機的初始角度
        '''
        self.channel=channel 
        if(min_theta<0 or min_theta>180):
            self.min_theta=0
        else:
            self.min_theta=min_theta

        if(max_theta<0 or max_theta>180):
            self.max_theta=180
        else:
            self.max_theta=max_theta
            
        if(init_theta<min_theta or init_theta>max_theta):
            self.init_theta=(self.min_theta+self.max_theta)/2
        else:
            self.init_theta=init_theta #初始角度
                    
        #計算最小角度、最大角度的占空比
        self.min_dutycycle=2.5+self.min_theta*10/180
        self.max_dutycycle=2.5+self.max_theta*10/180


    def setup(self):
        '''
        初始化
        '''
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setwarnings(False)
        GPIO.setup(self.channel,GPIO.OUT)
        self.pwm=GPIO.PWM(self.channel,Rotation.frequency) #PWM
        self.dutycycle=2.5+self.init_theta*10/180 #脈沖占空比的初始值
        self.pwm.start(self.dutycycle) #讓舵機轉到初始位置
        time.sleep(Rotation.max_delay)

    def positiveRotation(self):
        '''
        正相步進轉動，每次調用只轉動delta_theta度
        '''
        self.dutycycle=self.dutycycle+Rotation.delta_theta*10/180
        if self.dutycycle>self.max_dutycycle:
            self.dutycycle=self.max_dutycycle
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.min_delay)

    def reverseRotation(self):
        '''
        反相轉動，每次調用只轉動delta_theta度
        '''
        self.dutycycle=self.dutycycle-Rotation.delta_theta*10/180
        if self.dutycycle<self.min_dutycycle:
            self.dutycycle=self.min_dutycycle
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.min_delay)

    def specifyRotation(self,theta): 
        '''
        轉動到指定的角度
        '''
        if(theta<0 or theta>180):
            return
        self.dutycycle=2.5+theta*10/180
        self.pwm.ChangeDutyCycle(self.dutycycle)
        time.sleep(Rotation.max_delay)

    def cleanup(self):
        self.pwm.stop()
        time.sleep(Rotation.min_delay)
        GPIO.cleanup()

ServoCtrl.py

import time

rot = Rotation(18, 0, 180)

rot.setup()
time.sleep(2)

for i in range(0,900):
    rot.positiveRotation()
    
for i in range(0,900):
    rot.reverseRotation()
    
rot.cleanup()

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