【Raspberry Pi 5测评】树莓派5学习笔记03（PWM应用）

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【Raspberry Pi 5测评】树莓派5学习笔记03（PWM应用） [复制链接]

树莓派5（Raspberry Pi 5）是一款功能强大且价格实惠的小型计算机，可以广泛应用于各种硬件控制项目。通过树莓派的GPIO引脚，可以轻松控制各种硬件设备，比如舵机。舵机（servo motor）是常见的电动驱动设备，广泛应用于机器人、遥控模型、自动化控制等领域。通过PWM（脉宽调制）信号控制舵机的角度，树莓派5可以实现对舵机的精确控制。

本文将介绍如何使用树莓派5的GPIO接口，通过PWM信号控制舵机的旋转角度。

1. 什么是舵机（Servo Motor）？

舵机是一种具有反馈控制系统的电动机，能够根据输入信号调整角度。与常规电动机不同，舵机并不是连续旋转的，而是可以在特定范围内（通常是0°到180°）调整其角度。舵机通过接收PWM信号来确定其角度，PWM信号的占空比（duty cycle）决定了舵机的转动角度。

占空比与角度的关系

：舵机的PWM信号通常为50Hz的周期，周期为20毫秒。占空比的大小决定了舵机转动的角度。例如：
- 0°对应大约 5% 的占空比（1毫秒）
- 90°对应大约 10% 的占空比（1.5毫秒）
- 180°对应大约 15% 的占空比（2毫秒）

2. 树莓派5和舵机的连接

树莓派5具有多个GPIO引脚，可以用来控制外部设备。舵机一般有三根线：

VCC（红色）：供电线，通常接5V电源。
GND（黑色或棕色）：接地线，接树莓派的GND。
信号线（黄色或橙色）：接树莓派的GPIO引脚，用于接收PWM信号。

对于大多数舵机，供电需要5V，通常树莓派的GPIO电压为3.3V，这意味着舵机需要通过外部电源供电，而信号线仍然可以直接连接到树莓派的GPIO引脚。

3. 安装所需的库

为了在树莓派上使用PWM信号控制舵机，我们需要使用Python的 RPi.GPIO 库。这个库允许我们通过GPIO接口与硬件进行交互。

首先，确保树莓派系统已经安装了 RPi.GPIO 库。如果未安装，可以使用以下命令安装：

bash复制代码sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-rpi.gpio

4. 使用PWM控制舵机

在Python中，使用 RPi.GPIO 库可以非常方便地控制GPIO引脚输出PWM信号，从而控制舵机的角度。以下是一个简单的示例，展示如何通过树莓派5驱动舵机：

python复制代码import RPi.GPIO as GPIO  # 导入 Raspberry Pi GPIO 库，用于控制 GPIO 引脚
import time  # 导入时间模块，用于设置延时

# 设置 GPIO 模式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)  # 设置 GPIO 引脚的编号模式为 BCM（Broadcom SOC 引脚编号）

# 设置舵机的 GPIO 引脚
servo_pin = 16  # 舵机连接到树莓派的 GPIO 16 引脚
GPIO.setup(servo_pin, GPIO.OUT)  # 将 GPIO 16 设置为输出模式，用来控制舵机

# 设置 PWM（脉宽调制）
pwm = GPIO.PWM(servo_pin, 50)  # 设置 PWM 信号的频率为 50Hz（舵机通常使用 50Hz）
pwm.start(0)  # 启动 PWM 输出，初始占空比为 0（即没有信号输出）

# 定义一个函数用于设置舵机的角度
def set_angle(angle):
    # 将角度转换为对应的占空比
    # 舵机的占空比与角度之间的关系为：占空比 = (angle / 18) + 2
    # 这个公式是基于舵机的工作原理（50Hz PWM 信号）
    duty = angle / 18 + 2  # 计算占空比

    GPIO.output(servo_pin, True)  # 设置 GPIO 引脚为高电平（启动 PWM 信号）
    pwm.ChangeDutyCycle(duty)  # 改变 PWM 的占空比，控制舵机的角度
    time.sleep(1)  # 暂停 1 秒钟，等待舵机完成移动
    GPIO.output(servo_pin, False)  # 设置 GPIO 引脚为低电平，停止信号
    pwm.ChangeDutyCycle(0)  # 停止 PWM 输出，关闭信号

try:
    # 主循环，用户输入舵机角度
    while True:
        angle = int(input("输入角度 (0-180): "))  # 提示用户输入一个角度（0 到 180）

        if 0 <= angle <= 180:  # 如果输入的角度在有效范围内
            set_angle(angle)  # 调用 set_angle 函数，设置舵机角度
        else:
            print("请输入有效角度")  # 如果角度不在 0 到 180 之间，提示用户输入有效角度
except KeyboardInterrupt:
    pass  # 如果按下 Ctrl+C，捕获键盘中断异常，退出程序
finally:
    pwm.stop()  # 停止 PWM 输出
    GPIO.cleanup()  # 清理 GPIO 设置，恢复 GPIO 引脚的默认状态，防止其他程序出错

5. 代码解析

GPIO 设置：我们使用 GPIO.setmode(GPIO.BCM) 来设置引脚编号模式为BCM（即使用树莓派的物理引脚编号）。GPIO.setup(servo_pin, GPIO.OUT) 用于将GPIO 16引脚配置为输出模式，控制舵机。
PWM 初始化：通过 GPIO.PWM(servo_pin, 50) 创建一个频率为50Hz的PWM信号，启动时占空比为0。pwm.start(0) 启动PWM输出。
角度转换：在 set_angle(angle) 函数中，我们将输入的角度（0到180）转换为对应的PWM占空比。占空比与角度的关系为：占空比 = (角度 / 18) + 2。
控制舵机旋转：通过 pwm.ChangeDutyCycle(duty) 改变占空比，从而控制舵机的角度。time.sleep(1) 确保舵机有足够的时间完成角度调整。
用户交互：程序进入一个循环，等待用户输入角度。当用户输入一个有效的角度时，程序会调整舵机到对应的角度。如果输入无效，程序会提示用户重新输入。

6. 注意事项

外部电源：舵机通常需要较大的电流，树莓派的GPIO引脚只能提供少量电流，因此最好使用外部电源为舵机供电，而不是直接通过树莓派的5V引脚。
电流保护：在连接舵机和树莓派时，建议使用一个适当的电流保护电路，以防止电流过大损坏树莓派。
延迟问题：在调整舵机角度时，确保给予足够的时间来完成旋转，否则可能导致舵机无法准确定位。

7. 总结

通过树莓派5的GPIO引脚，结合PWM信号，可以非常方便地控制舵机，实现精确的角度控制。在本篇文章中，我们展示了如何通过树莓派5驱动舵机，并且提供了一个简单的Python示例程序，帮助读者了解舵机控制的基本原理和应用。通过这种方式，树莓派可以广泛应用于机器人、自动化控制等项目中，为各种硬件控制提供了便利。

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树莓派5驱动舵机

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Jacktang

用树莓派5的GPIO的PWM控制舵机，进行角度控制的精度不知道到底会怎样

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Jacktang 发表于 2025-1-18 10:31 用树莓派5的GPIO的PWM控制舵机，进行角度控制的精度不知道到底会怎样

舵机精度的话，一般水平吧，你要精确控制的话，肯定要换成电机