這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

目錄

第一部分
什么是伺服電機(jī)？
伺服電機(jī)的類型
所需電壓和電源

第二部分
基于Arduino程序的伺服控制
伺服電機(jī)可以做什么？

第三部分
伺服控制電燈開關(guān)
電燈開關(guān)的遠(yuǎn)程控制

今天，我們將再次討論關(guān)于電機(jī)的內(nèi)容。在之前的系列文章中，我們已經(jīng)介紹了多種類型電機(jī)的基本原理，例如使用步進(jìn)電機(jī)的二輪機(jī)器人以及使用直流和伺服電機(jī)的RC 車。在本文中，我們將介紹一款之前沒有用過(guò)的伺服電機(jī)的基本用法，并且還會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的DIY伺服控制電燈開關(guān)，使您可以隨時(shí)隨地打開/關(guān)閉電燈！

注意：我們將要制備的自動(dòng)電燈開關(guān)僅適用于按鈕式電燈開關(guān)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目電子設(shè)備清單

第一部分：

Arduino UNO R3

FEETECH FS90 微伺服

Rapiro伺服電機(jī) (大號(hào))

數(shù)碼微伺服HK-5330

50 KΩ B型電位器otentiometer

面包板

跳線（公對(duì)公）

第二部分:

Arduino UNO R3

ESPr開發(fā)板

Towerpro MG996R 伺服器

面包板

跳線（公對(duì)公）

1. 什么是伺服電機(jī)？

圖1：伺服電機(jī)

伺服電機(jī)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的軸進(jìn)行工作的一種電機(jī)類型。因?yàn)榭梢詫?duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，所以被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化制造、機(jī)器人以及個(gè)人的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目等。

伺服電機(jī) – 維基百科

伺服電機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器或線性致動(dòng)器，可精確控制角度或線性位移、速度和加速度。伺服電機(jī)包含一個(gè)與傳感器耦合以進(jìn)行位置信息反饋的適配電機(jī)?！欧姍C(jī)是一種閉環(huán)伺服系統(tǒng)，可以使用位置的反饋信息進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)和最終位置的控制。

伺服電機(jī)具有一個(gè)編碼器，用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度，并使用編碼信號(hào)將輸出軸定位到指定角度。我們可以來(lái)看一下不同類型電機(jī)之間的區(qū)別：

電機(jī)：通電時(shí)可旋轉(zhuǎn)。

伺服電機(jī)：在0度到N度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，對(duì)信號(hào)作出響應(yīng)。

步進(jìn)電機(jī)：以離散的步進(jìn)角旋轉(zhuǎn)，并且在有信號(hào)或無(wú)信號(hào)的情況下都可以進(jìn)行控制。

無(wú)刷直流電機(jī)：施加穩(wěn)定直流電壓時(shí)，可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，因此可以穩(wěn)定地控制轉(zhuǎn)速。

請(qǐng)務(wù)必根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)來(lái)選擇合適的電機(jī)。

圖2：不同類型的電機(jī)。從左到右：無(wú)刷電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，直流電機(jī)

2. 伺服電機(jī)的類型

那么，您應(yīng)該購(gòu)買哪種類型的伺服電機(jī)呢？購(gòu)買伺服電機(jī)時(shí)，請(qǐng)考慮以下要點(diǎn)：

扭矩：用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的力矩；扭矩?cái)?shù)值越大，力矩越大（單位：kgf·cm等）

轉(zhuǎn)角：在特定角度下電機(jī)的旋轉(zhuǎn)/位置

工作速度：轉(zhuǎn)速

工作電壓：工作所需電壓

2.1 扭矩的計(jì)算

使用伺服電機(jī)時(shí)，最重要的是要了解您所需要的扭矩值。伺服電機(jī)的扭矩以kgf·cm或kg為單位表示。如果以kgf·cm為單位來(lái)計(jì)算扭矩，計(jì)算出來(lái)的值就表示它在1[cm]的半徑下可以舉起的多少N[kg]物體。如果您想要舉起5kg的物品，并且在伺服電機(jī)軸上連接的手柄長(zhǎng)度為2cm，那么需要大于5 kgf × 2 cm = 10 kgf·cm的扭矩。

圖3：計(jì)算扭矩的方法

3. 所需電壓和電源

當(dāng)通過(guò)Arduino來(lái)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，就像其它類型的電機(jī)一樣，幾乎不可能從Arduino獲取電壓或電流。在這種情況下，您可以使用外部電源，然后將來(lái)自Arduino的角度控制信號(hào)傳輸?shù)剿欧姍C(jī)中。

例如，在本系列中經(jīng)常使用的Arduino UNO R3具有I/O引腳（數(shù)字/模擬引腳），每個(gè)引腳大約可以獲取20 mA的電流（如果電流大于40 mA，可能會(huì)損壞）。雖然伺服電機(jī)的工作電壓是5V，但是由于來(lái)自數(shù)字/模擬引腳的電流不足，伺服電機(jī)和Arduino也會(huì)發(fā)生損壞。因此，當(dāng)您通過(guò)I/O引腳來(lái)供電時(shí)要小心處理！

5V或3.3V引腳上的最大額定電流值（所獲取的電流極限）是200 mA。因此可以使用小型伺服電機(jī)。

例如，對(duì)于工作電壓為9V的伺服電機(jī)，需要對(duì)伺服電機(jī)和Arduino分別供電，如以下電路圖所示。

圖4：Arduino和伺服電機(jī)（分別供電）

如果伺服電機(jī)的工作電壓很小（比如5V），并且您想要與Arduino共享電源，那么可以按照以下電路從5V電壓中獲取電流。

圖5：Arduino和伺服電機(jī)（共享電源）

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審核編輯黃宇