【自制无人机】“辛”路历程（三）Servo库

【自制无人机】“辛”路历程（三）

【前言】

通过【自制无人机】“辛”路历程（二），电机在Leonardo主板的控制下，可以转动了，但有好多地方是不清楚的，接下来一点点解决。

【代码程序】

上贴程序void setup()中有这样一行语句：

esc.writeMicroseconds(1000);// initialize the signal to 1000有网友说是：先给最低占空比才能解锁




原程序上有一段英文注释，原文如下：
英文：
0.Servo.writeMicroseconds(): Writes a value in microseconds (uS) to the servo, controlling the shaft accordingly. On a standard servo, this will set the angle of the shaft. On standard servos a parameter value of 1000 is fully counter-clockwise, 2000 is fully clockwise, and 1500 is in the middle.
1.servo.write() allows a maximum of 180 servo positions
  servo.writeMicroseconds() allows a maximum of 1000 servo positions
2.The "write" method simply maps the "degrees" to microseconds and calls the "writeMicroseconds" method anyway.


我用百度给翻译了一下：

0.Servo.writeMicroseconds（）：将以微秒（uS）为单位的值写入伺服，并相应地控制轴。在标准伺服系统上，这将设置轴的角度。在标准伺服系统中，参数值1000是完全逆时针方向的，2000是完全顺时针的，1500是在中间的。
1.servo.write（）允许最多180个伺服位置
servo.writeMicroseconds（）最多允许1000个伺服位置
2.“write”方法只是将“degrees”映射到微秒，并调用“write microseconds”方法。

关于电调的控制信号：电调信号是pwm信号，信号频率为50Hz，一个周期为20ms。对于电调来讲，高电平脉宽为1ms表示停转，高电平脉宽为2ms表示满油门运转;对于舵机来说1.5ms是归中,1ms和2ms分别为左右满舵。（因此下面才直接用Servo库来给实现ESC信号的输出）。


那上贴中的程序使用了舵机的库文件去控制电调，就很简单了，控制代码很少

#include<Servo.h> // Using servo library to control ESC
Servo esc; //Creating a servo class with name as esc
int val; //Creating a variable val
void setup()
{
esc.attach(9); //Specify the esc signal pin,Here as D9
esc.writeMicroseconds(1000);// initialize the signal to 1000
//可以给到990微秒比较保险，是滴滴滴短的三声，然后一声长的，再然后不响了，这时候加大占空比就会转了
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val=analogRead(A0); // Read input from analog pin a0 and store in val
val= map(val, 0,1023,1390,1600); // mapping val to minimum and maximum(Change if needed)
Serial.println(val);
esc.writeMicroseconds(val);// using val as the signal to esc
}

但这篇文章中Arduino控制舵机和无刷电机（ESC）说直接利用Arduino 自带的Servo函数进行控制有缺点，缺点是只能控制2路舵机，因为 Arduino 自带函数只能利用数字9、10 接口。Arduino 的驱动能力有限，所以当需要控制1 个以上的舵机时需要外接电源。


Servo函数本来是用来控制舵的，舵机的转动的角度是通过调节PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来实现的。但目前市场上主流的电调，PWM基本只是起到一个信号传递的作用，你也可以使用CAN或UART来传递信号。至于电机的控制，内部也会涉及到PWM的调节，但是此PWM非彼PWM,电调内部的PWM是由电调内部的算法来驱动的，电调会把输入PWM转换成对应的油门量再做控制。

所以电调接收的PWM信号主要是信号传递作用，主要关注点在脉宽的大小上，电调识别的主要是PWM的脉宽1ms-2ms,也就是1ms认为油门是最小值，2ms认为油门是最大值，（这句提到多次，很重要）2ms对应的PWM周期是500HZ，所以这里决定了PWM频率的上限不能超过500hz，超过500PWM的脉宽就达不到2ms了，留一定的裕量，400hz是比较好的选择。

一会是50HZ，一会又是500HZ是怎么回事？

最早的航模多是固定翼，是没有飞控的，PWM是由遥控器接收机的PWM通道输出的，频率大概是在50HZ左右（以前用示波器测试过乐迪遥控器的PWM频率是67.42HZ），这个频率主要由舵机的输入频率决定的，早期模拟舵机是直流伺服电机控制器芯片一般只能接收50Hz频率(周期20ms)~300Hz左右的PWM，脉宽在0.5-2.5ms之间。


后来多旋翼时代，一直沿用这个控制信号来做控制，但是对于多旋翼，要求更高的控制频率和精度，如果PWM还是50HZ,会限制电调每秒钟调节的次数最多就50次，得不到很好的控制效果，所以多旋翼飞控在输出PWM的时候会采用更高的频率，像Pixhawk采用的是400HZ。


/*2020年3月11日，注释
下面这两段代码，就能产生50HZ的PWM信号
for(int i=0;i<=1000;i++){
  digitalWrite(9,HIGH);
  delayMicroseconds(2000);//高电平持续2000微秒（油门最高点）
  digitalWrite(9,LOW);
  delayMicroseconds(18000);}
   for(int i=0;i<=1000;i++){
  digitalWrite(9,HIGH);
  delayMicroseconds(1000);//高电平持续1000微秒（油门最低点）
  digitalWrite(9,LOW);
  delayMicroseconds(19000);
    }

2000微秒+18000微秒=20000微秒,就是20毫秒一次高低变化，50HZ

1000微秒+19000微秒=20000微秒,也是20毫秒一次高低变化，50HZ
*/



另一种控制电调的方法，Arduino的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波，模拟产生向电调发送的PWM信号。


（四）中进行边学习过介绍。

追剧

       所谓舵机PWM信号，是数字化信号的以后的事。舵机信号源自PPM脉冲位置调制，这是最早的用于航模遥控系统的信号格式，注意那是是模拟电路时代。上个世纪60年代末，数字电路还只是概念的时候。        就现代数字时代而言，真正用于驱动舵机的所谓的PWM，其实还是遵循这ppm时代制定的这个信号格式，其实还是脉宽控制。通常为1000-2000uS，行程2000-10000=1000US，然后对应舵机角度，至于咋样对应，就是舵机内已经集成化的芯片去干这事了。       由于PPM信号格式，是以20-22.5mS为一个周期，2mS左右用于一个通道，传输的是9个，之多10个通道的脉宽信号，以先后顺序对应通道号。所以，当时的舵机的信号刷新周期，包括现代多数遥控器系统的接收机输出的舵机PWM均是，也是20-22.5ms，也就是早期舵机信号50Hz刷新率的由来。对舵机这种最小机电一体化的执行器来说，50Hz的刷新率就足够了。         数字时代，嗯，约2000年前后吧，航模通用遥控器系统开始数字化并提升到2.4G数字无线通信时代，为了兼容之前的舵机，舵机控制信号格式并未升级，只是数字化后，输出的波形长得很像PWM（脉冲宽度调制），所以也就舵机控制信号也就逐步被称为PWM了。          当06-08年，电动模型的快速普及，电调的驱动控制信号，也采用了舵机的这个信号了。后来多轴飞行器的**性发展，飞控对电调的控制也取向更快的刷新率。最早的提升刷新率的方法，其实并不复杂，由于脉宽方式（无关占空比），只要缩减，两个脉冲的信号间隔，（其实这个间隔，一般是低电平，对舵机工作来说没啥，就是等着）就加大了刷新率，由原来的20-22.5mS的周期，缩到2.5mS，就是400Hz，缩到2mS（貌似不是太靠谱），就是500Hz。那时的所谓的高速电调，就是这样的了。。。：）曾经用过的是490Hz的。

真正提升刷新率，用于多轴电调的数字化信号，是约2015年，oneshot信号格式，这回虽然还是脉宽方式，但用于表示行程的脉宽被缩短了，刷新率也就上了K一级了。
Dshot协议的出现，是把电调控制信号纯数字化了，不再是脉宽，不再是占空比，只需发个值，所以刷新率，轻松上M一级。
Proshot协议的出现，可以看成是Dshot的增强，（至于为啥。。。嘿嘿）。同时也向总线化发展，以前的IIC，CAN等总线形式的协议逐步兼容到，飞控-电调系统上了。使用总线形式的好处是是可以双向，也就意味这飞控-电调系统可以实现真正的闭环控制了。