4.1、PCA9685模块介绍
PCA9685模块中左侧边的 VCC、GND、SDA、SCL四点接入到树莓派中的对应的引脚即可,中间绿色部分的V+、GND是给舵机供电的,可以单独接入5V的电压,下面的一排三色的插针,分别连接伺服电机,上面的数字对应控制的通道。
4.2、安装Adafruit_Python_PCA9685库
安装Adafruit:sudo pip install adafruit-pca9685
github下载地址:<u>https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_PCA9685</u>
模块的使用:
导入Adafruit_PCA9685模块
import Adafruit_PCA9685
4.3、树莓派 开启IIC功能:
sudo raspi-config -> 5.Interfacing Options -> P5 I2C,设置enable使能,然后重启树莓派。
接着在/boot/config.txt中进行配置,添加如下:
dtparam=i2c_arm=on
device_tree=bcm2710-rpi-3-b.dtb
配置完成后同样重启一下;
然后我们在树莓派中执行命令安装i2c-tools(sudo apt-get install i2c-tools);
执行指令查看舵机驱动板是否已接入树莓派4B+中:
sudo i2cdetect -y 1
4.4、使用Adafruit_Python_PCA9685库驱动舵机
整个程序并不复杂,核心语句为date = int(4096 * ((angle * 11) + 500) / 20000+0.5),接下来我们一点一点的来分析一下这个计算公式。
首先,舵机的控制一般需要一个20ms的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度舵机为例,那么对应的控制关系是这样的:
0.5ms————–0度;
1.0ms————45度;
1.5ms————90度;
2.0ms———–135度;
2.5ms———–180度;
角度转换成数值,angle输入的角度值(0--180),pulsewidth高电平占空时间(0.5ms--2.5ms);
脉冲数值以微秒us为单位,pulsewidth高电平占空时间500us--2480(2500)us,这里少的20us是精度问题,我们不难看出角度可以分成180份,高电平占空时间大约分为2000份,2000/180 = 11.111,这里我们可以约等于11,但是高电平是从500us开始的,所以angle*11后要再加上500,/1000是再将us转换为ms;
pulse_width=((angle*11)+500)/1000,当angle=180时
pulse_width=2480us(2.5ms) 这里的pulse_width是脉冲的宽度,PCA9685可以设置更新频率,实际脉冲周期20ms相当于50HZ更新频率,这里使用的脉冲周期为50HZ,也就是周期为20ms;
周期 / 脉冲宽度 = 占空比;
pulse_width / 20 = pulse_width=((angle*11)+500)/ 20000。
这里的占空比是脉冲信号的一个概念,脉冲信号是一种离散信号,形状多种多样,与普通模拟信号(如正弦波)相比,波形之间在Y轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波(也就是方波)。
初始位置 ==> 0度 ==> 脉冲宽度 ==> 0.5ms ==> 空占比 ==> 0.5ms / 20ms ==> 2.5%
结束位置 ==> 180度 ==> 脉冲宽度 ==> 2.5ms ==> 空占比 ==> 2.5ms / 20ms ==> 12.5%
因此占空比应该在2.5%到12.5%之间。
这里的精度是212,212= 4096;
date/4096 (date/分辨率) = pulse_width / 20 (占空比)有上pulse_width的计算结果得:
date = int(4096 * ((angle * 11) + 500) / 20000)
在python的运算中,进行int强转的时候,小数点会被抹去,所以这里+0.5实现四舍五入。
date = int(4096 * ((angle * 11) + 500) / 20000 + 0.5)
程序演示:
# coding:utf-8
# 导入 __future__ 文件的 division 是为了精确除法。
from __future__ import division
import time
# 导入Adafruit_PCA9685模块
import Adafruit_PCA9685
# 使用默认地址(0x40)初始化PCA9685。
# 把Adafruit_PCA9685.PCA9685()引用地址赋给PWM标签
pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()
# 或者指定不同的地址和/或总线:
# pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685(address=0x41, busnum=2)
def set_servo_angle(channel, angle): # 输入角度转换成12^精度的数值
# + 0.5是进行四舍五入运算。
date = int(4096 * ((angle * 11) + 500) / 20000 + 0.5)
pwm.set_pwm(channel, 0, date)
# 将频率设置为50赫兹,适合伺服系统。
pwm.set_pwm_freq(50)
print('Moving servo on channel x, press Ctrl-C to quit...')
while True:
# 选择需要移动的伺服电机的通道与角度
channel = int(input('pleas input channel:'))
angle = int(input('pleas input angle:'))
set_servo_angle(channel, angle)
time.sleep(1)
输入通道与角度。即可选通并使该通道的舵机转动到相应的角度!