連接伺服電機(jī)可能是許多項(xiàng)目中的一項(xiàng)基本任務(wù)，例如構(gòu)建定制機(jī)器人。可以采用多種方法將伺服電機(jī)與Raspberry Pi連接起來(lái)。本文介紹了其中的兩種，并解釋了伺服電機(jī)的工作原理。這些知識(shí)將使讀者能夠使用不同的微控制器，甚至是簡(jiǎn)單的基于555定時(shí)器的電路來(lái)控制伺服系統(tǒng)。
伺服電機(jī)是如何工作的？
通常，伺服系統(tǒng)具有三個(gè)輸入，其中兩個(gè)為位于塑料體內(nèi)的電機(jī)供電。第三個(gè)輸入控制伺服轉(zhuǎn)動(dòng)多少。
通常，輸入信號(hào)是脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，其頻率不會(huì)隨時(shí)間變化。相反，當(dāng)PWM輸入信號(hào)的占空比發(fā)生變化時(shí)，伺服電機(jī)會(huì)旋轉(zhuǎn)到某個(gè)角度。本例中使用的舵機(jī)總共可以轉(zhuǎn)動(dòng)180度（每個(gè)方向90度）。當(dāng)占空比為5%（一毫秒長(zhǎng)的高脈沖）時(shí)，伺服旋轉(zhuǎn)到其最小位置。如果占空比變?yōu)?0%（這是一個(gè)兩毫秒長(zhǎng)的高脈沖），伺服會(huì)一直向右旋轉(zhuǎn)。之間的占空比與-90和+90之間的不同角度相關(guān)。但是，這些數(shù)字可能因不同的伺服系統(tǒng)和制造商而異。因此，始終有必要查閱伺服的數(shù)據(jù)表。
請(qǐng)注意，Raspberry Pi不應(yīng)為伺服提供電壓。相反，使用外部電源來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，因?yàn)镽aspberry Pi的GPIO引腳可能無(wú)法提供足夠的電源來(lái)使電機(jī)以可接受的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
如何用樹(shù)莓派控制伺服電機(jī)？
要使樹(shù)莓派控制伺服電機(jī)，請(qǐng)將伺服器的+5 V和GND線連接到外部電源，將剩余的信號(hào)線連接到樹(shù)莓派的任何I/O引腳。
不要忘記將Raspberry Pi的任何GND引腳也連接到電源的地。
如上所述，伺服系統(tǒng)通常需要一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)告訴它們轉(zhuǎn)向哪里。因此，有多種方法可以將舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到特定角度。一種方法是使用包含伺服模塊的gpiozero庫(kù)。您可以使用pip在Raspberry Pi上安裝該庫(kù)。如果尚未安裝rpi.gpio包，也請(qǐng)下載它。否則，gpiozero庫(kù)將無(wú)法工作：
復(fù)制代碼
sudo apt-get install python3-rpi.gpiosudo pip3 install gpiozero
完成后，就可以執(zhí)行以下腳本：
復(fù)制代碼
from gpiozero import Servofrom time import sleep
servo = Servo(25)try: while True:
servo.min()
sleep(0.5)
servo.mid()
sleep(0.5)
servo.max()
sleep(0.5)except KeyboardInterrupt:
print("Program stopped")如您所見(jiàn)，該庫(kù)允許您快速將伺服轉(zhuǎn)向三個(gè)預(yù)定義位置之一。這個(gè)簡(jiǎn)單的python腳本首先導(dǎo)入所需的庫(kù)。然后，它定義伺服在開(kāi)始無(wú)限循環(huán)之前連接到引腳25，在該無(wú)限循環(huán)中，伺服旋轉(zhuǎn)到其最小、中間和最大位置。在角度變化之間，腳本等待半秒。
但是，庫(kù)也可以通過(guò)直接將舵機(jī)的值設(shè)置為-1和1之間的數(shù)字來(lái)指示舵機(jī)轉(zhuǎn)向舵機(jī)最小值和最大值之間的任何位置。負(fù)值對(duì)應(yīng)于舵機(jī)的最小位置,一個(gè)代表舵機(jī)的最大旋轉(zhuǎn)：
復(fù)制代碼
from gpiozero import Servo
from time import sleep
servo = Servo(25)val = -1try: while True:
servo.value = val
sleep(0.1) val = val + 0.1
if val > 1: val = -1except KeyboardInterrupt:
print("Program stopped")這個(gè)簡(jiǎn)單的腳本與前一個(gè)腳本的工作方式類(lèi)似。然而，它在每次循環(huán)迭代中直接設(shè)置舵機(jī)的值，而不是使舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到三個(gè)預(yù)定義位置之一。
請(qǐng)注意，此庫(kù)僅代表使用Raspberry Pi控制伺服的一種方式。同樣，您也可以使用不同的庫(kù)，例如pigpio，并直接操縱進(jìn)入伺服器的PWM輸出信號(hào)，使其轉(zhuǎn)向指定位置。
控制多個(gè)舵機(jī)的另一種方法
任何樹(shù)莓派編號(hào)的I/O引腳都能夠控制伺服系統(tǒng)。但是，如果您想控制更多的伺服系統(tǒng)，或者您的項(xiàng)目需要GPIO引腳用于其他用途，那么也可以使用伺服控制器板。
這些模塊通常通過(guò)I2C與微控制器或類(lèi)似設(shè)備通信，因此可以?xún)H使用Raspberry Pi的兩個(gè)GPIO引腳來(lái)控制許多伺服系統(tǒng)。但是，您可以購(gòu)買(mǎi)許多不同類(lèi)型的模塊，它們的工作方式通常大不相同。因此，您應(yīng)該查閱模塊的數(shù)據(jù)表以了解如何使用它。
概括
與普通直流電機(jī)不同，伺服系統(tǒng)通常不能旋轉(zhuǎn)完整的360度。相反，它們?cè)谀硞€(gè)最小和最大角度之間轉(zhuǎn)動(dòng)。具有恒定頻率的脈寬調(diào)制輸入信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)。該信號(hào)的占空比直接對(duì)應(yīng)于電機(jī)的角度。當(dāng)輸入信號(hào)的占空比增加時(shí)，伺服會(huì)向其最大位置旋轉(zhuǎn)。樹(shù)莓派可以通過(guò)軟件直接同時(shí)控制多個(gè)舵機(jī)。每個(gè)編號(hào)的GPIO引腳都可以管理一個(gè)舵機(jī)。但是，不建議使用Raspberry Pi為伺服器供電。相反，它們應(yīng)該連接到外部電源。伺服控制器板是一次控制大量伺服的不錯(cuò)選擇。
