单片机对多舵机控制方式的探究拓展

严水威

【摘 要】一般来说，舵机的结构主要由方向盘、减速齿轮组、位置反馈检测器、限位开关、DC伺服电机和控制电路板组成。单片机输出的PWM I/O信号作为位置伺服驱动器，可以方便地与计算机等数字系统和其他电子设备连接。输出信号，从方向、角度、速度等方面综合控制舵机。，并适用于需要不断改变角度和保持动作位置的运动。本文主要分析了单片机对多执行器控制模式的探索和拓展

【关键词】单片机;舵机;控制;PWM 模块

引言

在当今信息化与自动化相结合的工业环境中，单片机更常用于仿生学机械臂、工业机械等复杂工程项目。对话框，通常需要多个东帝汶人的协作。这种帝汶控制模式取代了传输系统中的独立元件，减少了独立元件的数量和连接电路，而且单片机本身的性能更稳定，编程也更灵活;与此同时，控制的准确性、可靠性和复盖面都有所提高。

1、单片机对舵机方向的控制

单片机产生的标准控制信号可以满足数字设备对伺服电机的控制。它包括一个小DC电机，一套变速齿轮，一个反馈可调电位器和一个电子控制板。其工作原理是电路板接收来自信号线的正负极性激励信号，判断旋转方向，驱动电机旋转。电机驱动一系列减速齿轮组，齿轮将减小的扭矩传递给输出方向盘，以控制转向器的旋转方向。舵机的输出轴与位置反馈检测器相连。当方向盘转动时，它驱动位置反馈检测器将方向盘转动输出的电压信号反馈给控制电路板。然后，电路板根据限位开关发回的信号判断是否到达指定位置。如果没有，它会反馈并调整电机的旋转方向和速度，到达目标位置时停止。

2、单片机信号对舵机的角度控制

舵机由直流电动机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成，通过发送脉冲信号，控制脉冲信号的长度和短长度，并指定输出轴的旋转角度。舵手的最大转动角度通常为180度。舵手的转动角度范围各不相同，但中间位置的脉宽固定;舵手通过反馈位置计数器获取实际角度，并将其与给定的参考角度进行比较，获得舵手反馈误差信号，调整PWM波的中高电平之间的比例，使舵手的旋转角度更加精确。单片机对舵机转动的控制原理是利用计时器中断产生20毫秒周期的PWM波，脉宽在1 ～ 2毫秒之间变化，该周期脉宽可以调节控制信号，舵机角度变化是真实的，这种控制方法称为脉宽调制。脉冲长度决定了舵手的旋转角度。例如，1毫秒的脉冲转向中间，帝汶人保持静止（例如，120毫秒帝汶人的舵转向中间60）。当指挥系统命令将舵手移至某一位置并使其保持在该角度时，外力的影响不会改变舵手的角度，但控制具有上下限，上限是其最大扭转力;一般来说，最小脉冲1ms是右边界位，最大脉冲2ms是左边界位，脉冲下舵手转动时间间隔越短，舵手转动角度越精确。舵手的工作角度分为两种情况：当舵手获得的脉冲少于给定的参考脉冲时，输出轴被定义为平均位置，并沿逆时针方向旋转一定角度。当接收到的脉冲大于给定的参考脉冲时，输出轴基于中心位置并沿顺时针方向旋转一定角度。

3、单片机对舵机的速度控制

舵机的工作速度取决于单片机给它的信号脉宽和占空比 在周期内使高低电平所占的比例。舵机要达到某一速度通过 单片机的脉冲信号做一个循环程序，连续增加脉宽值，占空 比使得速度的增加有一个缓冲过程，根据所需要的旋转速度 对每个高低电平切换的占空比时间加以控制，并细化这个过 程，使得舵机看上去是连续流畅的定速旋转过程。单片机的 PWM 模块拓展信号作用在高低电平的转换过程 中，舵机的转速有从零增加到某一定值和减速为零的两个过 程，由于单片机的 PWM 波脉冲宽度是微秒级的变化，使舵机 的速度变化更为平稳连续。

4、多舵机分时控制方法

4.1利用 STC12C5A60S2 单片机产生多路 PWM 波

多舵机系统的稳定性要求比较高，所以我们选择高性能单片机作为系统处理器，在这里选择STC 12c 5 a 60 S2 8位单片机作为主芯片，其晶体振动频率为11.0592MHz，灵活性较高，每条指令的执行时间相对较长一般来说，帝汶人的位置有1024个等級，因此要获得帝汶人角的最大控制精度，必须使用至少1024个计数器值的时间表。因此，本文控制器采用STC12C5A60S2附带的16位计时器/计数器作为波长调节器，16位T/C可以实现程序（事件处理）、波形产生和信号测量的精确同步。

4.2软件设计

由于所有PWM波的周期时间相同，工作脉冲宽度小于周期时间的1/8，因此可以在周期时间启动所有PWM波的上行路径，并使用软件计时器确定道路PWM波的输出宽度。程序启动时的初始化，包括系统变量初始化、I/o初始化、停止系统初始化以及加载初始时间/计数器值：软件的第一个计时器设置为周期时间的1/7，并将输出通道编号设置为从0开始。在软件的第一计时器停止响应后，将当前输出通道号的引脚置于较高的电气级别，设置该道路输出的正脉冲宽度，启动软件的第二个计时器，输出通道号指向下一条道路。在软件第二分钟计时结束后，将当前输出端降低到低电平，此时PWM输出端完成，系统等待软件第一分钟的下一个1/7周期的中断，然后使用软件第二分钟输出随后的PWM波。

4.3调平系统硬件设计

平级系统由两个舵手、三个金属框架和陀螺仪等部件组成。系统使用的机械结构由作为主动转动力的两个舵手组成，底部舵手由金属框架和底板连接，底部舵手由圆盘连接到顶部舵手，从而实现旋转体的两个自由度属性。上伺服帝架由盘形和金属直角固定，陀螺仪芯片安装在直角固定架的顶面上。回转体工作原理：将伺服机构a固定在平整系统的基础上，首先转动伺服机构a，由于系统的整体部分与伺服机构a的固定磁盘相连，因此转动伺服机构a可能导致系统上部整体旋转，即接下来，伺服帝臂b旋转，伺服帝臂旋转带动直角固定支架和陀螺仪运动，实现陀螺仪平面两度的自由旋转。空间中的两个自由度用于在空间中的任意位置旋转。电源管理由TLE8366-EV5、AMS-1117-3.3组成，交换机电源设计方案将DC 7V电压降至45V至5V，因为单片机电源电压为3.3v，采用线性电压稳定原理来调节电压由于单片机I/o输入输出电压仅为3.3v，而且I/o输入所能提供的电流也非常有限，因此为了保护单片机I/o输入，在驱动伺服舵机时能有很大的电流范围，一个较高的牵引电路利用单片机的同步功能，该波形建立20毫秒的时间周期，改变上下电平的时间调节占空比，产生20毫秒的方波和3.3V的峰值，并将比较电路所需的峰值增大到5V。

结束语

目前，单片机对多舵机的控制应用于复杂操作或工程项 目中，除了要考虑单片机 对舵机方向、角度、速度等运动位置的准确控制，还要考虑 多个舵机通过单片机编程及其他元件的协同配合，实现复杂 动作和协同工作的实际情况;

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（作者单位：湛江科技学院智能制造学院）