3.16. Styrning av servo¶

Ett hobbyservo (RC) är en liten växlad motor i ett förseglat hölje med inbyggd positionsstyrning i sluten slinga. Inuti höljet sitter en DC-motor, en reduktionsväxellåda, en potentiometer kopplad till utgångsaxeln, och ett litet drivkort som jämför potentiometerns avläsning mot ett börvärde som kommer in utifrån. Drivkortet kör motorn i den riktning som minskar felet, och stannar när positionen stämmer. Från kamerans sida syns inget av detta – du talar bara om för servot vart det ska.

3.16.1. PWM-signalen¶

Ett servo tar emot sitt börvärde som en PWM-signal med en fast bildrutefrekvens på 50 Hz, där pulsbredden väljer positionen:

En puls på 1,0 ms driver axeln till ena änden av sitt rörelseomfång.
En puls på 1,5 ms parkerar axeln i mitten.
En puls på 2,0 ms driver axeln till andra änden.

Allt däremellan mappas till en mellanliggande position.

Tre rader med fyrkantsvågsspår staplade vertikalt. Varje rad visar en period på 20 ms av en 50 Hz PWM med en smal hög puls i början: 1,0 ms i översta raden, 1,5 ms i mitten, 2,0 ms i nedersta. — Servots PWM-bildruta är 20 ms lång; pulsbredden (1,0 – 2,0 ms) väljer positionen.¶

Till skillnad från lysdioder och motorer medelvärdesbildar servot inte PWM-signalen. Pulsbredden själv är kommandot: servots interna logik mäter varje puls, ställer in sitt mål därefter, och kör motorn tills utgången stämmer. Pulskvoten som andel (mellan 5 % och 10 % över hela intervallet) är bara en bieffekt – det är den absoluta pulsbredden som spelar roll, vilket är vad programvaran behöver styra.

3.16.2. Inkoppling¶

Hobbyservon använder en treledarkontakt:

Spänning (vanligtvis röd): servots egen matning, typiskt 4,8 V till 6 V. Mata inte servot från kamerans 3,3 V-skena – den kan inte leverera stallströmmen, och skenan kommer att kollapsa.
Jord (vanligtvis svart eller brun): returvägen för servots spänning, kopplad till kamerans jord så att signalen också har en gemensam referens.
Signal (vanligtvis vit, gul eller orange): PWM-ledningen från kamerans GPIO.

3.16.3. Kod¶

duty_u16() skulle fungera, men den ställer in pulskvoten som en andel av perioden – opraktiskt för en signal där det är den absoluta pulsbredden som spelar roll och perioden är fast. duty_ns() ställer in pulsbredden direkt i nanosekunder:

from machine import PWM, Pin

servo = PWM(Pin("P7"), freq=50, duty_ns=1_500_000)  # centre

Bärvågen är 50 Hz (period på 20 ms); den höga tiden under varje cykel är exakt 1500 µs. En liten hjälpfunktion gör mappningen från position till puls explicit:

def set_position(angle):
    # angle: 0..180 degrees mapped to 1.0..2.0 ms
    pulse_us = 1000 + (angle * 1000) // 180
    servo.duty_ns(pulse_us * 1000)

set_position(0)      # full one way
set_position(90)     # centre
set_position(180)    # full the other way

En långsam svepning över hela intervallet:

import time

for angle in range(0, 181, 5):
    set_position(angle)
    time.sleep_ms(20)
for angle in range(180, -1, -5):
    set_position(angle)
    time.sleep_ms(20)

Intervallet 1,0 – 2,0 ms är standarden, men många servon accepterar ett bredare intervall (ofta 500 µs till 2500 µs) för fullt rörelseomfång. Servots datablad anger de exakta pulsbreddsgränserna; värden utanför det intervallet kan slå motorn in i dess mekaniska ändlägen.

För ett servo med ett icke-standardiserat intervall, lyft ut gränserna till konstanter och parametrisera mappningen:

PULSE_MIN_US = 500     # full one way (from the data sheet)
PULSE_MAX_US = 2500    # full the other way

def set_position(angle):
    span_us = PULSE_MAX_US - PULSE_MIN_US
    pulse_us = PULSE_MIN_US + (angle * span_us) // 180
    servo.duty_ns(pulse_us * 1000)