Как связать серводвигатели с Arduino

В этом посте мы узнаем, что такое серводвигатель, как он работает, как взаимодействовать с микроконтроллером и чем этот двигатель отличается от других двигателей.

Будучи энтузиастом электроники, мы столкнулись бы со многими типами двигателей, здесь мы собираемся взглянуть на специальный тип двигателя, называемый серводвигателем.

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель или просто сервопривод - это особый тип двигателя, который разработан для точного управления положением, ускорением и скоростью. В отличие от двигателей всех других типов, сервопривод может вращаться только на 180 градусов в обоих направлениях. Он имеет механические шестерни и стопор, которые ограничивают угловой поворот сервопривода.

Типичный серводвигатель:

Серводвигатели используются в робототехнике, камерах видеонаблюдения, радиоуправляемых автомобилях, лодках, игрушечных самолетах и ​​т. Д. Сервоприводы используются там, где нам не нужно продолжать вращательное движение, но они фиксируются в определенном положении или перемещают некоторый груз с контролируемой скоростью в пределах подвижного углового предела.

Сервопривод - это не просто двигатель, как другие типы, это модуль, который сочетает в себе обычный двигатель постоянного и переменного тока, группу шестерен, управляющую электронику и систему обратной связи. Рассмотрим подробно каждый из упомянутых этапов.

Двигатель постоянного / переменного тока, который используется в сервомодуле, может быть бесщеточным или щеточным, на большинстве сервоприводов для хобби используется двигатель постоянного тока, а двигатели переменного тока используются в промышленных приложениях. Двигатель дает сервопривод вращение. Двигатель вращается со скоростью несколько сотен об / мин внутри сервопривода, а выходное вращение примерно в 50 или более раз меньше его об / мин.

Следующим этапом является сборка шестерен, которые контролируют угловое вращение и скорость сервопривода. Шестерня может быть изготовлена ​​из пластика или металла в зависимости от того, насколько большой груз. Обычно двигатели постоянного тока работают на высоких оборотах и ​​низком крутящем моменте, редуктор в сборе преобразует избыточные обороты в крутящий момент. Таким образом, маленький двигатель может выдержать огромную нагрузку.

Следующим этапом является управляющая электроника, которая состоит из полевых МОП-транзисторов и микросхем для управления вращением двигателя. В серводвигателях всегда присутствует система обратной связи для отслеживания текущего положения привода.

В сервоприводах компонент обратной связи обычно представляет собой потенциометр, который напрямую связан с вращающимся приводом. Потенциометр действует как делитель напряжения, которое подается на управляющую электронику. Эта обратная связь помогает управляющей электронике определять мощность, подаваемую на двигатель.

Серводвигатель в фиксированном положении будет неохотно перемещаться из своего текущего положения, если какая-либо внешняя сила попытается помешать. Система обратной связи контролирует текущее положение и обеспечивает питание двигателя от внешних помех.

Вышеупомянутый сценарий такой же, когда сервопривод перемещает свой привод. Система управления компенсирует внешнюю силу и будет двигаться с определенной скоростью.

К настоящему времени вы довольно много знаете о серводвигателе и его механизме работы. Давайте посмотрим, как управлять серводвигателями с помощью микроконтроллера.

Серводвигатели имеют 3 клеммы, в отличие от других двигателей, у которых есть 2 клеммы, две для питания (номинальное напряжение 5 В) и одна для управляющего сигнала. Провода окрашены для облегчения идентификации клемм.

Управляющие сигналы сервоприводов - ШИМ с частотой 50 Гц. Ширина импульса сигнала определяет положение рычага привода. Типичный серводвигатель для хобби работает с длительностью импульса от 1 до 2 миллисекунд.

Подача сигнала управления шириной импульса 1 мс будет удерживать привод в положении 0 градусов. Применение сигнала управления шириной импульса 2 мс будет удерживать привод в положении 180 градусов. Подача сигналов в течение 1-2 мс будет удерживать привод в пределах угла 0-180 градусов. Это можно лучше понять по приведенному ниже изображению.

К настоящему времени вы бы поняли, как сервопривод управляется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Теперь давайте узнаем, как связать серводвигатель с Arduino.

Принципиальная электрическая схема:

Подключение простое и не требует пояснений. Если вы используете громоздкий серводвигатель, вам понадобится внешний источник питания. Если вы попытаетесь включить питание от источника питания Arduino, вы в конечном итоге перегрузите порт USB на компьютере.

Если у вас есть сервопривод, аналогичный тому, что изображен в начале статьи, то вы можете запитать его от источника питания Arduino 5V, также показанного на авторском прототипе.

Авторский прототип:

Arduino нужна серво-библиотека для работы с ней, она упростила нашу задачу и уже есть в Arduino IDE.

Программа:

//--------Program developed by R.Girish--------//
#include
Servo motor
int pos = 0
int t=10
void setup()
{
motor.attach(7)
}
void loop()
{
A:
pos=pos+1
motor.write(pos)
delay(t)
if(pos==180) { goto B}
goto A
B:
pos=pos-1
motor.write(pos)
delay(t)
if(pos==0) { goto A}
goto B
}
//--------Program developed by R.Girish--------//

Вышеупомянутая программа поворачивает привод от 0 до 180 градусов вправо и от 180 до 0 градусов влево, и цикл повторяется. Это простая программа для тестирования сервопривода, вам может потребоваться написать собственный код для ваших индивидуальных приложений.