Arduino与JavaScript开发实例-舵机驱动

舵机驱动

伺服电机是一种独立的电气设备，它以高效率和高精度旋转机器的部件。

伺服机构（伺服）可以指代很多不同的机器，这些机器的使用时间比大多数人可能意识到的要长。 从本质上讲，伺服系统是任何内置反馈元件的电机驱动系统。伺服系统随处可见，从重型机械到车辆的动力转向，再到机器人技术和各种电子产品。

伺服电机一般由三个核心部件组成：直流电机、控制器电路和电位器或类似的反馈机制。 直流电机连接到齿轮箱和输出/驱动轴以增加电机的速度和扭矩。 直流电机驱动输出轴。 控制器电路解释控制器发送的信号，电位器作为控制器电路的反馈，以监测输出轴的位置。 几乎所有的爱好伺服器都有一个标准的三针、0.1 英寸间隔的连接器来为伺服器供电和控制。 不同品牌的颜色编码可能有所不同，但引脚几乎普遍采用相同的顺序。 组合在一起时，只需三根电线即可驱动和控制输出轴的方向、速度和位置。

为了将伺服器沿其运动弧线移动到某个位置，或者在连续旋转伺服器的情况下电机的速度和方向，控制器需要发送一个精确定时的信号供伺服器解释。 典型的爱好伺服器希望每 20 毫秒看到一个脉冲，该信号的宽度决定了位置。 这个宽度通常在一到两毫秒之间。 这种类型的信号控制通常被称为脉冲宽度调制，缩写为 PWM。 伺服控制器通常是一个专用硬件，可以从其他组件（如操纵杆、电位计或传感器反馈）获取输入，以设置伺服的控制信号。 其他控制选项包括使用微控制器上支持 PWM 的引脚将该信号直接发送到伺服系统。

常见的伺服电机如下：

Johnny-Five库提供了伺服电机驱动封装：Servo。本次实例将演示如何控制伺服电机。

1、Servo对象

Servo 类构造表示连接到物理板上的单个 Servo 的对象。 此类旨在与标准和连续旋转伺服系统更好地配合使用。

Servo类的构建参数如下：

• pin：伺服器所连接的引脚
• 通用配置

属性名称	数据类型	值/描述	默认值	是否必须
pin	Number, String	伺服器所连接的引脚		是
range	Array	[ lower, upper ]以度为单位的运动范围	[0, 180]	否
pwmRange	Array	[ min, max ] 以微秒为单位的脉冲宽度范围	[600, 2400]	否
deviceRange	Array	[ min, max ] 伺服的物理范围，以度为单位。	[0, 180]	否
type	String	“standard”, “continuous”. 创建的伺服类型	“standard”	否
startAt	Number	设备范围内的任何数字。 初始化伺服的度数		否
offset	Number	调整伺服的正值或负值	false	否
invert	Boolean	true 或 false. 可选择反转伺服运动	false	否
center	Boolean	true or false. 可选择将伺服集中在初始化上	false	否
controller	String	默认值，比如：PCA9685。 控制器接口类型。	DEFAULT	否

• 调试配置

属性名称	数据类型	值/描述	默认值	是否必须
debug	Boolean	true或false.将伺服设置为调试模式	false	no

• 连续伺服选项

属性名称	数据类型	值/描述	默认值	是否必须
deadband	Array	[ lower, upper ]. 伺服的死区/停止点	[90, 90]	no

注意：一些连续伺服系统没有微调停止点的微调器，而是有一个内置的“死区”范围，应该记录在案，否则需要手动测量。

• PCA9685配置

属性名称	数据类型	值/描述	默认值	是否必须
address	Number	I2C设备地址	0x40	yes

Servo对象属性如下：

属性名称	描述	是否只读
id	用户可定义的 id 值。 默认为生成的 uid	No
pin	伺服连接到的引脚	No
range	以度为单位的运动范围。 默认为 [0, 180]	No
invert	布尔值，指示伺服值是否反转	No
history	包含每个动作记录的数组	No
interval	对当前间隔的引用（如果存在）	No
isMoving	一个布尔标志，移动时为真，静止时为假	No
last	最后的移动记录	Yes
position	伺服系统在物理世界中的角度	Yes
value	伺服器上次设置的角度	No
startAt	初始化时指定伺服启动的角度	No

Servo设备初始化如下：

1）标准Servo初始化

new five.Servo(10); // 将伺服电机连接到引脚10

如果需要回正，设置如下：

new five.Servo({
  pin: 10, // 将伺服电机连接到引脚10
  center: true // 启动回正
});

如果需要将伺服电机设置在指定角度范围运动，设置如下：

new five.Servo({
  pin: 10, // 将伺服电机连接到引脚10
  range: [45, 135] // 运动角度范围
});

如果伺服电机启动后，运动到指定角度，设置如下：

new five.Servo({
  pin: 10,
  startAt: 120
});

如果伺服电机启动反，运动到指定范围，并在指定角度范围工作，设置如下：

new five.Servo({
  pin: 10,
  range: [45, 135],
  startAt: 120
});

2）Continuous类型伺服电机初始化

new five.Servo.Continuous(10);

new five.Servo({
  pin: 10,
  type: "continuous"
});

如果伺服电机需要旋转固定圈数，设置如下：

new five.Servo({
  pin: 10,
  deviceRange: [0, 2160] // 旋转6圈 = 360 \* 6 = 2160 度
});

3）带有控制驱动器设备初始化

初始化标准伺服电机：

new five.Servo({
  controller: "PCA9685",
  pin: 0
});

初始化连续伺服电机：

new five.Servo.Continuous({
  controller: "PCA9685",
  pin: 0
});

2、硬件准备

• Arduino Mega2560开发板一块
• Max7219 Led点阵一个（8x8）
• 杜邦线若干
• 数据线一条

仿真电路图如下：

3、软件准备

• VS Code IDE
• Arduino IDE
• NodeJs(本次使用的版本为v16.13.0)
• Visual Studio 2019
• Proteus 8.13 SP0

前面的文章已经对Arduino与JavaScript开发环境已经做了详细描述，请参考：Arduino与JavaScript开发实例-开发环境搭建

4、代码实现

const { Board, Servo } = require("johnny-five");
const board = new Board({port:"COM1",repl:false});

board.on("ready", () => {
    console.log('board inited')
    
    let servo = new Servo({
        pin:10, // 连接到10号引脚
     // range:[0,360], // 设置旋转角度范围
   // center:true, // 启动后回正
      // type: "continuous" // 连续转动
       //startAt:90 // 开始角度
    })

    // 从0-180循环
     servo.sweep([0,180])

});

5、仿真结果

6、Servo对象常用API及事件

• **to(degrees 0-180 [, ms [, rate]])**：将伺服电机移动到以度为单位的指定位置，0-180（或任何当前有效范围）。 如果指定 ms，伺服将花费该时间量移动到该位置。 如果指定了速率，则角度变化将被拆分为 ms 选项的距离/速率步长。 如果指定的角度与当前角度相同，则不发送命令。

var servo = new five.Servo(10);

// 运动到90°位置
servo.to(90);

//角度变化需要500ms才能完成
servo.to(90, 500);

//角度变化需要 500ms 才能完成超过 10 个步骤
servo.to(90, 500, 10);

• **min()**：将伺服电机设置为最小度数。 默认为 0deg，或明确的范围。

var servo = new five.Servo(10);

// 运动到 0°位置
servo.min();

或者

var servo = new five.Servo({
  pin: 10, 
  range: [ 45, 135 ]
});

// 运行到45°位置
servo.min();

• **max()**：将伺服电机设置为最大度数。 默认为 180 度，或明确的范围。

var servo = new five.Servo(10);

// 运动到135°位置
servo.max();

或者：

var servo = new five.Servo({
  pin: 10, 
  range: [ 45, 135 ]
});

// 运动到135°位置
servo.max();

• center([ ms [, rate ]]) ：将伺服电机回正。 默认为 90 度，或指定明确的范围。 如果指定 ms，伺服电机将花费该时间量移动到该位置。 如果指定了速率，则角度变化将被拆分为 ms 选项的距离/速率步长。 如果指定的角度与当前角度相同，则不发送命令。

var servo = new five.Servo(10);

// 默认运行到90°位置
servo.center();

或者：

var servo = new five.Servo({
  pin: 10, 
  range: [ 40, 80 ]
});

// 运行到60°位置
servo.center();

• home():将 Servo 设置为它的 startAt指定的位置。

var servo = new five.Servo({
  pin: 10,
  startAt: 20
});

// 运行到90°位置
servo.to(90);

// 返回到20°位置
servo.home();

• **sweep()**：在默认最小值和最大值之间反复驱动伺服电机。

var servo = new five.Servo(10);

servo.sweep();

• **sweep([ low, high ])**：反复在明确范围之间驱动伺服电机。

var servo = new five.Servo(10);

servo.sweep([45, 135]);

• **sweep(options)**：在（可选）显式区间内（可选）显式范围和（可选）显式步骤（以度为单位）之间反复驱动伺服电机。

  • options：包含如下对象

    • range：一个包含 [low, high] 边界的数组。
    • interval：半扫的间隔（例如低 -> 高；全扫为低 -> 高 -> 低）
    • step：每一步的大小，以度为单位。

  var servo = new five.Servo(10);
  servo.sweep({
    range: [45, 135]
  });
  
  servo.sweep({
    range: [45, 135], 
    interval: 1000,
  });
  
  servo.sweep({
    range: [45, 135], 
    interval: 1000,
    step: 10
  });

• **stop()**：伺服电机停止工作

var servo = new five.Servo(10);

servo.stop();

• **cw(speed)**：（仅对continuous类型伺服电机有效）以 0-1 的速度顺时针移动连续伺服

var servo = new five.Servo({
  pin: 10, 
  type: "continuous"
});
// 全速伺服
servo.cw(1);

• **ccw(speed)**：（仅对continuous类型伺服电机有效）以 0-1 的速度逆时针移动连续伺服

var servo = new five.Servo({
  pin: 10, 
  type: "continuous"
});
// 全速伺服
servo.ccw(1);

Servo对象事件类型如下：

• move:complete：当定时移动完成时发出。 除非将时间参数传递给servo.to() 方法，否则该事件不会触发。

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/125050798