如何使用Raspberry Pi控制伺服电机
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本教程是专门介绍如何使用Raspberry Pi发现电子产品的文件的第三部分。如果您还没有阅读它，我建议您参考第一个教程以Raspberry Pi控制LED，以及第二个教程以Raspberry Pi使用RFID阅读器。
当开始家庭自动化时，经典的需求是通过程序来控制现实中的身体运动。
在本教程中，我们将看到如何使用Raspberry Pi控制伺服电机。
控制伺服电机的附件
为了能够遵循本教程并控制伺服电机，我们需要以下材料：
电机，伺服电机和步进电机有什么区别？
在开始将伺服电机连接到Raspberry Pi之前，让我们看一下通常用于电子产品中的不同类型的电机。
在不赘述的情况下，我们可以将电子学中使用的电动机大致分为三类：
- 电动机：只要通电，电动机就会运转。当您想要执行不要求极高精确度的连续运动时，它非常适合。
- 步进电机：它以一种小的连续跳跃的方式转动。就是说，您将能够要求他做50跳或112跳，这将对应于某个动作（例如四分之一转）。当您想进行高精度的连续运动时（例如3D打印机中使用的运动），它非常适合。
- 伺服电机：根据PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）类型的信号定义一定角度的旋转。小型电机通常受到限制，不能超过一圈。因此，它们被用于高精度的短行程。
关于这些不同的引擎，还有很多其他的事情要说，但是我们将进入机械问题，这远远超出了本教程的范围。
在我们的案例中，我们将使用伺服电机，因为它是从Raspberry Pi进行控制的最简单的精密电机。
将伺服电机连接到Raspberry Pi
要使用我们的伺服电机，要做的第一件事是将其插入Raspberry Pi。
执行器有3个电连接器。颜色可能会因制造商而异，但通常您会发现类似以下内容：
- 红色电线，用作电源。
- 黑色或棕色电线，用作GDN。
- 另一根导线，用于传输控制电机位置的PWM信号。
因此，我们将这些不同的电缆连接到Raspberry Pi，红色的线连接到5伏的GPIO端口，黑色的线连接到GND端口。
另一方面，对于PWM端口，我们必须将其连接到Raspberry Pi的第12 GPIO引脚。实际上，默认情况下，它是唯一支持PWM信号的GPIO引脚。
所以你应该有这样的蒙太奇。
注意，这里我们直接从Raspberry Pi为伺服电机供电。之所以可行，是因为我们使用的伺服电机非常小，但是在较大的型号上，我们将需要专用的电源。
在命令行中控制伺服电机
现在，我们已经连接了伺服电机，我们将能够直接从Raspberry Pi命令行驱动它。
为此，我们将根据处理器编号在端口12（即GPIO 18）上激活PWM模式开始。
gpio -o mode 18 pwm
然后，我们将激活PWM的标记/空格模式，该模式允许产生一个更适合我们使用的信号。
gpio pwm-ms
最后，我们将配置一个周期的持续时间，使用的频率等。
伺服电机设置为以50 Hz的频率运行，即20 ms。Raspberry Pi信号在另一个频率19.2 MHz下工作。使用这两个数字，我们可以计算出一个周期和一个范围（感谢该公式的ramboise314.fr）：
50 = 19.2 * 10^6 / 192 / 2000
因此，我们将设置Raspberry Pi使用以下值：
gpio pwmc 192 gpio pwmr 2000
最后，我们将能够使引擎运转！请注意，我们不会将角度传递给伺服电机，而是将一个数字转换为角度。我们的伺服电机从0°到180°。经过一些测试，似乎0°对应于230，90°对应于150，180°对应于70。
因此，要以90°的角度发送电动机，我们将使用以下命令：
gpio -g pwm 18 150
然后，我们将150替换为230以将其设置为0°，将70替换为180°或根据需要设置两者之间的任何值。
请注意，这些小型电机以精确的方式支撑180°的角度，但是它们的余量很小，如果设置的值足够低，则可能导致它们旋转190°或200°，甚至完全旋转。它特定于每种发动机型号。
用Python驱动伺服电机
与本系列以前的教程一样，目标是使用Python而不是直接从命令行控制我们的引擎。我认为您现在已经掌握了Python的基础知识，如果不去阅读以前的教程，可以在本文开头找到链接。
为了从Python脚本控制引擎，我们将再次使用lib Rpi.GPIO。
在Python和Pi上，电机角度以周期的百分比计算。该百分比称为“占空比”。
0.5ms信号对应于0°，而2.5ms信号对应于180°。知道我们的周期是50 Hz，即20ms，这使我们能够像这样计算0°和180°的占空比：
x = 0.5 / 20 y = 2.5 / 20
然后我们发现对应于0°的占空比为0.025或2.5％，对应于180°的占空比为0.125或12.5％。
但是，小问题是，如果该值在理论上是好的，那么实际上它会触发电动机在0°时完全旋转。因此，我建议您将4％用于0°。180的价值12.5％是好的。
要控制电机，我们只需将引脚12设置为PWM信号，然后使用以下功能 start 和 ChangeDutyCycle。
因此，您可以创建一个文件 servo.py 并在其中放置以下代码：
#!/usr/bin/env python3
#-- coding: utf-8 --
import RPi.GPIO as GPIO
import time
#Set function to calculate percent from angle
def angle_to_percent (angle) :
if angle > 180 or angle < 0 :
return False
start = 4
end = 12.5
ratio = (end - start)/180 #Calcul ratio from angle to percent
angle_as_percent = angle * ratio
return start + angle_as_percent
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #Use Board numerotation mode
GPIO.setwarnings(False) #Disable warnings
#Use pin 12 for PWM signal
pwm_gpio = 12
frequence = 50
GPIO.setup(pwm_gpio, GPIO.OUT)
pwm = GPIO.PWM(pwm_gpio, frequence)
#Init at 0°
pwm.start(angle_to_percent(0))
time.sleep(1)
#Go at 90°
pwm.ChangeDutyCycle(angle_to_percent(90))
time.sleep(1)
#Finish at 180°
pwm.ChangeDutyCycle(angle_to_percent(180))
time.sleep(1)
#Close GPIO & cleanup
pwm.stop()
GPIO.cleanup()您所要做的就是通过以下方式运行脚本：
python3 ./servo.py然后，您应该看到引擎从0°开始，然后移至90°，最后在180°停止。
您要做的就是根据自己的需要调整此脚本！
