什么是PWM信号

PWM,英文名Pulse Width Modulation,是脉冲宽度调制缩写,它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,等效出所需要的波形(包含形状以及幅值),对模拟信号电平进行数字编码,也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化,占空比就是指在一个周期内,信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比,例如方波的占空比就是50%.

什么是舵机

我们常说的舵机,它的学名叫做伺服电机,它是一种带有输出轴的小装置。当我们向伺服器发送一个控制信号时,输出轴就可以转到特定的位置。只要控制信号持续不变,伺服机构就会保持轴的角度位置不改变。如果控制信号发生变化,输出轴的位置也会相应发生变化。日常生活中,舵机常被用于遥控飞机、遥控汽车、机器人等领域。

舵机在机器人领域非常有用。因为舵机有内置的控制电路,它们的尺寸虽然很小,但输出力够大。像Futaba S-148这样的标准舵机能提供 0.3牛/米的扭矩,相对于它的外形大小来说这已经足够强大了。同时,舵机消耗的能量与机械负荷成正比。因此,一个轻载的舵机系统不会消耗太多的能量。

伺服电机的结构

舵机的内部结构如上图所示。你可以看到控制电路,马达,一组减速齿轮和外壳。

当然还包括电源线(+5V,红色),地线(GND黑色)和PWM控制线(黄色或白色)。

舵机的工作原理

舵机内部的控制电路,电位计(可变电阻器)和电机均被连接到电路板上,如内部结构图的右边部分。控制电路通过电位计可监控舵机的当前角度。

如果轴的位置与控制信号相符,那么电机就会关闭。如果控制电路发现这个角度不正确,它就会控制马达转动,直到它达到指定的角度。舵机角度根据制造商的不同而有所不同。比如,一个180度的舵机,它可以在0度至180度之间运动。由于限位装置被安装在主输出装置上,超出这个范围机械结构就不能再转动了。

舵机的输出功率与它所需要转动的距离成正比。如果输出轴需要转动很长的距离,马达就会全速运转,如果它只需要短距离转动,马达就会以较慢的速度运行,这叫做速度比例控制。

如何让舵机转到指定角度?

控制线用于传输角度控制信号。这个角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的,这叫做脉冲编码调制(PCM)。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围,总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。例如:1.5毫秒的脉冲,电机将转向90度的位置(通常称为中立位置,对于180°舵机来说,就是90°位置)。如果脉冲宽度小于1.5毫秒,那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒,轴向就朝向180度方向。以180度舵机为例,对应的控制关系是这样的:

0.5ms————-0度;
1.0ms————45度;
1.5ms————90度;
2.0ms———–135度;
2.5ms———–180度;

这个控制信号可以由单片机或树莓派等产生

下面以PWM信号发生器作为信号源演示一下

频率为100Hz

占空比为5%时

占空比为10%时


占空比为25%时


最后修改:2020 年 02 月 26 日 12 : 42 AM
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