使用树莓派控制sg90舵机

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伺服电机通常被称为舵机，它是一种带有输出轴的装置，当向舵机发送一个控制信号时，输出轴转动某个角度到特定的位置上，通常用在遥控汽车、飞机以及机器人等领域。如下图为舵机的内部结构，它有控制电路、马达、一组减速齿轮和外壳组成:

本文将讲述如何使用树莓派3b+来控制sg90舵机。舵机有3个输入引脚，分别是GDN、VCC和Signal，VCC使用5V直流电压，signal通过PWM(脉冲宽度调制)信号来控制。以下是sg90的规格说明:

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Weight: 9g
Dimension: 23×12.2x29mm
Stall torque: 1.8kg/cm(4.8v)
Gear type: POM gear set
Operating speed: 0.1sec/60degree(4.8v)
Operating voltage: 4.8v
Temperature range: 0℃_ 55℃
Dead band width: 1us
Power Supply: Through External Adapter
servo wire length: 25 cm
Servo Plug: JR (Fits JR and Futaba)

引脚接线:

Sg90尺寸:

attribute value
Weight(g) 9
Torque(kg)(4.8v) 1.8
Speed(sec/60deg) 0.1
A(mm) 34.5
B(mm) 22.8
C(mm) 26.7
D(mm) 12.6
E(mm) 32.5
F(mm) 16

假如我们使用的PWM频率为50Hz，对应周期T=20ms，脉冲长度t和转动方向之间的关系是线性的，如下图，其中Duty Cycle是占空比：

有了以上信息，那如何使用树莓派来控制舵机呢？

在实验中，为了方便，可以把舵机的5V引脚接在树莓派的5V输出上(可能会引起树莓派供电不稳)，信号引脚接在树莓派的GPIO引脚上，通过python PRi.GPIO库来生成PWM的方式来控制舵机。这里我们把舵机的信号引脚接在树莓派的GPIO 26引脚上，python代码如下:

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import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

class Servo(object):
    def __init__(self, channel):
        self.channel = channel
        GPIO.setup(self.channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
        self.pwm=GPIO.PWM(self.channel, 50)
        self.pwm.start(0)

    def duty_cycle(self, angle):
        self.pwm.ChangeDutyCycle(2+angle/18)

if __name__ == "__main__":
    servo = Servo(26)

    try:
        while True:
            angle = input("Please enter a integer [0,180]:")

            if angle == "q":
                break
            
            if not angle.isdigit():
                print("angle must be integer")
                continue

            if int(angle) < 0 or int(angle) > 180:
                print("angle must be [0,180]")
                continue

            servo.duty_cycle(angle)
            time.sleep(0.02)

    except KeyboardInterrupt:
        pass

    servo.pwm.stop()
    GPIO.cleanup()

其中，转动角度转换成占空比算式(方法duty_cycle中的数值计算)，可以通过如下图计算得出: