模組介紹 : faya雙軸伺服馬達模組

學習目標 : 認識faya雙軸伺服馬達模組的功能及使用方式
學習時間 : 45min
示範模組 : (1) faya brcickNano
                  (2) faya雙軸伺服馬達模組
                  (3) faya搖桿模組
工具 : (1) 樂高積木(相容) 

====================功能介紹====================
faya雙軸伺服馬達模組利用2顆伺服馬達組合而成，伺服馬達型號SG-90，它將直流馬達、齒輪箱、與控制電路包在一藍色塑膠盒裡，並引出電源、地和控制腳位，只要使用符合規則的控制信號，就能夠操作連接齒輪上方控制柄的角度，範圍可達180度。

 

faya雙軸伺服馬達模組分成3大部分，上方的雲台區、中間的伺服馬達區(2顆)和下方的模組板，由於體積較大，買來後需要自行組裝下方的模組板，大家可以參考隨盒的組裝說明書，或從這邊下載! 比較需要注意的地方就是訊號/電源/地的接線部分，分別為橘色/紅色/棕色，請依序和面板上的 M / VCC / GND 相連

faya雙軸伺服馬達模組的面板如下所示，模組擁有兩個輸入埠，YM1和XM2，分別用來控制M1馬達(Y軸)和M2馬達(X軸)，輸入埠的訊號格式為PWM訊號，我們會在原理知識介紹。

• 當輸入符合規則的PWM訊號到YM1埠時，可控制M1上方馬達
• 當輸入符合規則的PWM訊號到YM1埠時，可控制M2下方馬達

接下來介紹使用指令，Arduino內建了伺服馬達(Servo)的函示庫，透過寫好的函示，只要幾行指令就能夠精準地控制伺服馬達，以下介紹本範例中用到的函示

• #include<Servo.h>;

        使用Servo界面時，務必指示Servo.h函式

• Servo 物件名稱; 

        建構Servo物件名稱，以利程式辨別

         (例) 當建構物件名稱為"fayaServoYM1時"，需宣告:

            Servo fayaServoYM1;

• 物件名稱.attach(pin,min,max); 

        此指令指定連接此伺服馬達的控制腳位

       物件名稱: 程式開頭以建構的物件名稱
       pin : 連接此伺服的腳位，一定要指定PWM腳，如3、5、6、9、10、11
       (例) 當指定pin5連接到物件名稱為"fayaServoYM1"，需宣告

           fayaServoYM1.attach(5);

• 物件名稱.write(angle); 

        此指令設定伺服馬達要選轉到的角度 (0~180)

       物件名稱: 程式開頭以建構的物件名稱
       angle : 旋轉角度(0~180)

       (例) 當要設定物件名稱為"fayaServoYM1"旋轉角度為100度時，需宣告

           fayaServoYM1.write(100);

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

faya雙軸伺服馬達電路圖如下所示，除了外加電容和bead抗電源雜訊，其餘部分剩下電源、地和兩個馬達的訊號線，位於模組上的輸入埠 YM1、XM2。

伺服馬達SG90透過PWM脈波訊號來控制轉動位置，訊號的頻率為50Hz，也就是20ms的脈波寬度，透過脈波寬度的改變，就能改變馬達最後停止位置。

從datasheet可以得知控制角度為180度 (-90 ~ 0 ~ 90)，欲從最左邊的-90度到最右邊的90度，相對的脈波寬度約為 (1ms ~1.5ms ~ 2ms)。

大家也許發現到提了這麼多脈衝寬度，但是在函示庫介紹裡面，都沒有脈衝寬度相關的指令，原因就是Arduino把伺服馬達最終控制位置和PWM的關係都寫成函示庫打包好了，使用者只要下位置指令，Arduino就會根據包好的函示，送出該有的PWM，讓馬達停在指定的位置，控制起來非常簡單。 要注意的地方大概就是控制腳位一定要指定到PWM的腳位才能正常運作!

=====================範例實作====================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1) 左右移動搖桿時，伺服馬達左右擺動
(2) 上下移動搖桿時，伺服馬達逆順轉動

接線:
(1) 電源線連接
     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版。

(2) 訊號線連接
      Arduino_5  ===>  雙軸伺服馬達模組_YM1
      Arduino_6  ===>  串列七段顯示模組_XM2

      Arduino_A5  ===>  搖桿模組_VRX
      Arduino_A4  ===>  搖桿模組_VRY

 

範例程式:

	// 2017/9/4
	// Faya-Nugget 範例程式 (TwoAxisServo_1.ino)
	// 單元: 模組介紹:faya雙軸伺服馬達模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2017/08/2axisServo.html
	// 目標: (1) 左右移動搖桿時，伺服馬達左右擺動
	// (2) 上下移動搖桿時，伺服馬達上下轉動
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// 5 ==> YM1 (雙軸伺服馬達模組)
	// 6 ==> XM2 (雙軸伺服馬達模組)
	// A5 ==> VRX (搖桿模組)
	// A4 ==> VRY (搖桿模組)
	#define YM1 5 // YM1連到5腳
	#define XM2 6 // XM2連到6腳
	#define VRX A5 // VRX連到A5腳
	#define VRY A4 // VRY連到A4腳
	#include <Servo.h> //使用伺服馬達函示庫
	Servo fayaServoYM1; // 建構servo物件 : ServoYM1 (控制上方伺服馬達)
	Servo fayaServoXM2; // 建構servo物件 : ServoXM2 (控制下方伺服馬達)
	int val_VRX, val_VRY; // 搖桿X-Y埠的讀取變數
	void setup()
	{
	fayaServoYM1.attach(YM1); // 伺服馬達YM1連接第5腳
	fayaServoXM2.attach(XM2); // 伺服馬達XM2連接第6腳
	pinMode(VRX, INPUT); // A5為輸入腳位，偵測VRX值
	pinMode(VRY, INPUT); // A4為輸入腳位，偵測VRY值
	}
	void loop()
	{
	val_VRX = analogRead(VRX); // 讀取搖桿VRX電壓 (0~1023)
	val_VRX = map(val_VRX,0,1023, 0,180); // 將讀取值對應到 (0~180)
	fayaServoYM1.write(val_VRX); // 利用對應值控制驅動角度
	val_VRY = analogRead(VRY); // 讀取搖桿VRY電壓 (0~1023)
	val_VRY = map(val_VRY,0,1023, 0,180); // 將讀取值對應到 (0~180)
	fayaServoXM2.write(val_VRY); // 利用對應值控制驅動角度
	delay(100);
	}

view raw TwoAxisServo_1.ino hosted with ❤ by GitHub

備注:
- L34~L39 : 搖桿的X-Y軸讀取到的電壓值(0~1024)，轉化成0~180的角度位置
- L26~L27 : 網路上有些文章在討論SG90伺服馬達的校正，由於Servo函示預設的脈衝寬度範圍是544到2400µs，但SG90是500到2400us，我們可以將此兩行程式修改成以下，再比較結果。

           fayaServoYM1.attach(YM1,500,2400);
           fayaServoXM2.attach(XM2,500,2400);

-L40 : 延遲讓馬達有時間能夠反應，太長的話，反應會不靈敏，太短的話，會反應不過來，大家可試試看!

範例結果:

討論:
faya雙軸伺服馬達模組，搭配了樂高雲台後，可在雲台上安裝不同的faya電子積塊，發揮大家的想像力，例如人體紅外線模組，追蹤人的位置，例如網路攝影機加上無線模組，就能夠做遠端要控和監控了!

有時間時，我們也來做做這些有趣的應用!

歡迎大家到我們的FB留言板討論!
====================================
fayalab 粉絲團
FB本篇留言版