MicroPi > Мини ПК > Banana Pi > Banana Pi проекты
MicroPi > Мини ПК > Orange PI > Orange Pi проекты
MicroPi > Мини ПК > Raspberry Pi > Raspberry Pi проекты
MicroPi > Мини ПК > Школьная Робототехника

Управление сервоприводом SG90 с помощью PCA9685 из Python на Raspberry Pi/Orange Pi/Banana Pi

Сервопривод — это мотор-редуктор, способный поворачивать выходной вал в заданное положение (на заданный угол) и удерживать его в этом положении, вопреки сопротивлениям и возмущениям. Сервопривод Tower Pro 9g SG90 не имеет мощные характеристики (всего 1,2-1,6 кг*см), но имеет недорогую цену. Отлично подходит для управления небольшими легкими механизмами под управлением контроллеров Arduino, Raspberry Pi  и т.п.. Рабочее напряжение Tower Pro 9g SG90 от 3В до 7.2В, угол поворота ограничен диапазоном от 0 до 180 градусов (в реальность — чуть больше).

Управление сервоприводом SG90 с помощью PCA9685 из Python на Raspberry Pi

В этой статье будем управлять сервоприводом SG90 с помощью PCA9685 из Python на Orange Pi PC. Можно использовать Raspberry Pi, Banana Pi, NanoPi или любой другой мини-компьютер под управлением ОС Linux имеющий I2C порт.

Библиотека на Python для PCA9685

Поскольку библиотека Adafruit_Python_PCA9685 для работы с PCA9685 из Python работает только на Raspberry Pi, она была переписана так, чтобы ее можно было использовать на Orange Pi и Banana Pi. Теперь используется SMBus в качестве I2C драйвера, как установить тут: SMBus: Работа с шиной I2C на Python в Raspberry Pi/Orange Pi/Banana Pi.

Файл PCA9685.py

import logging
import time
import math

# Based on Adafruit Lib:
# https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_PCA9685/blob/master/Adafruit_PCA9685/PCA9685.py

# Default address:
PCA9685_ADDRESS    = 0x40

# Registers/etc:
MODE1              = 0x00
MODE2              = 0x01
SUBADR1            = 0x02
SUBADR2            = 0x03
SUBADR3            = 0x04
PRESCALE           = 0xFE
LED0_ON_L          = 0x06
LED0_ON_H          = 0x07
LED0_OFF_L         = 0x08
LED0_OFF_H         = 0x09
ALL_LED_ON_L       = 0xFA
ALL_LED_ON_H       = 0xFB
ALL_LED_OFF_L      = 0xFC
ALL_LED_OFF_H      = 0xFD

# Bits:
RESTART            = 0x80
SLEEP              = 0x10
ALLCALL            = 0x01
INVRT              = 0x10
OUTDRV             = 0x04

# Channels
CHANNEL00          = 0x00
CHANNEL01          = 0x01
CHANNEL02          = 0x02
CHANNEL03          = 0x03
CHANNEL04          = 0x04
CHANNEL05          = 0x05
CHANNEL06          = 0x06
CHANNEL07          = 0x07
CHANNEL08          = 0x08
CHANNEL09          = 0x09
CHANNEL10          = 0x0A
CHANNEL11          = 0x0B
CHANNEL12          = 0x0C
CHANNEL13          = 0x0D
CHANNEL14          = 0x0E
CHANNEL15          = 0x0F

class PCA9685(object):
    def __init__(self, i2cBus, address=PCA9685_ADDRESS):
        self.i2cBus = i2cBus
        self.address = address
        self.begin()

    def begin(self):
        """Initialize device"""
        self.set_all_pwm(0, 0)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE2, OUTDRV)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, ALLCALL)
        time.sleep(0.005)                                         # wait for oscillator
        mode1 = self.i2cBus.read_byte_data(self.address, MODE1)
        mode1 = mode1 & ~SLEEP                                    # wake up (reset sleep)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, mode1)
        time.sleep(0.005)                                         # wait for oscillator

    def reset(self):
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, RESTART)
        time.sleep(0.01)

    def set_address(self, address):
        """Sets device address."""
        self.address = address

    def set_i2c_bus(self, i2cBus):
        """Sets I2C Bus."""
        self.i2cBus = i2cBus

    def set_pwm(self, channel, on, off):
        """Sets a single PWM channel."""
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, LED0_ON_L + 4 * channel, on & 0xFF)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, LED0_ON_H + 4 * channel, on >> 8)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, LED0_OFF_L + 4 * channel, off & 0xFF)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, LED0_OFF_H + 4 * channel, off >> 8)

    def set_all_pwm(self, on, off):
        """Sets all PWM channels."""
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, ALL_LED_ON_L, on & 0xFF)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, ALL_LED_ON_H, on >> 8)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, ALL_LED_OFF_L, off & 0xFF)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, ALL_LED_OFF_H, off >> 8)

    def set_pwm_freq(self, freq_hz):
        """Set the PWM frequency to the provided value in hertz."""
        prescaleval = 25000000.0                                  # 25MHz
        prescaleval /= 4096.0                                     # 12-bit
        prescaleval /= float(freq_hz)
        prescaleval -= 1.0
        prescale = int(math.floor(prescaleval + 0.5))
        oldmode = self.i2cBus.read_byte_data(self.address, MODE1)
        newmode = (oldmode & 0x7F) | 0x10                         # sleep
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, newmode) # go to sleep
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, PRESCALE, prescale)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, oldmode)
        time.sleep(0.005)
        self.i2cBus.write_byte_data(self.address, MODE1, oldmode | 0x80)

    def __enter__(self):
        return self

    def __exit__(self, exception_type, exception_value, traceback):
        self.reset()

Описание методов (функций)

__init__()

Конструктор класса.

__init__(self, i2cBus, address=PCA9685_ADDRESS)

Параметры
i2cBus — Объект типа PCA9685.
address — I2C адрес устройства. По умолчанию PCA9685_ADDRESS = 0x40.

begin()

Инициализация устройства.

begin(self)

set_address()

Установка адреса устройства.

set_address(self, address)

Параметры
address — I2C адрес устройства.

set_i2c_bus()

Установка I2C шины.

set_i2c_bus(self, i2cBus)

Параметры
i2cBus — Объект типа PCA9685.

set_pwm()

Устанавливает ШИМ одного из выводов PCA9685.

set_pwm(self, channel, on, off)

Параметры
channel — Один из выводов PWM от 0 до 15.
on — В какой момент цикла из 4096 частей включить ШИМ.
off — В какой момент цикла из 4096 частей выключить ШИМ.

set_all_pwm()

Устанавливает ШИМ на все выводы PCA9685.

set_all_pwm(self, on, off)

Параметры
on — В какой момент цикла из 4096 частей включить ШИМ.
off — В какой момент цикла из 4096 частей выключить ШИМ.

set_pwm_freq()

Устанавливает частоту ШИМ для всего чипа, до ~ 1,6 кГц.

set_pwm_freq(self, freq_hz)

Параметры
freq_hz — Частота в Герцах.

Библиотека на Python для сервоприводов

Для более удобного управления сервоприводом, основные функции были собраны в одном классе — ServoPCA9685. Тут можно найти минимальную (servo_min = 130) и максимальную (servo_max = 510) длину импульса для безопасного управления сервоприводом SG90.

# Configure min and max servo pulse lengths
servo_min = 130
servo_max = 510

Если ваш сервопривод работает с другими значениями, тогда вы можете редактировать их.

Файл ServoPCA9685.py

import time
# Servo with PCA9685 implementation

# Configure min and max servo pulse lengths
servo_min = 130 # Min pulse length out of 4096 / 150/112
servo_max = 510 # Max pulse length out of 4096 / 600/492

def map(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min + 1) / (in_max - in_min + 1) + out_min

class ServoPCA9685(object):
    def __init__(self, pca9685, channel):
        self.pca9685 = pca9685
        self.channel = channel
        self.set_pwm_freq(50)
        self.set_pulse(300)

    def set_pwm_freq(self, freq=50):
        self.pca9685.set_pwm_freq(freq)
        time.sleep(0.005)

    def set_angle(self, angle):
        self.set_pulse(map(angle, 0, 180, servo_min, servo_max))

    def set_pulse(self, pulse):
        if pulse >= servo_min and pulse <= servo_max:
            self.pca9685.set_pwm(self.channel, 0, pulse)
            time.sleep(0.005)

    def disable(self):
        self.pca9685.set_pwm(self.channel, 0, 0)
        time.sleep(0.005)

Описание методов (функций)

__init__()

Конструктор класса.

__init__(self, pca9685, channel)

pca9685 — Объект типа PCA9685.
channel — Один из ШИМ выводов PCA9685 от 0 до 15.

set_pwm_freq()

Установка частоты ШИМ для вашего сервопривода.

set_pwm_freq(self, freq=50)

freq — Частота в Герцах. По умолчанию freq=50.

set_angle()

Установка примерного угла сервопривода.

set_angle(self, angle)

angle — Угол от 0 до 180 градусов.

set_pulse()

Установка длины импульса.

set_pulse(self, pulse)

pulse — Длина ШИМ импульса.

disable()

Отключение сервопривода (установка длины импульса в ноль «0»).

disable(self)

Примеры программ

Схема подключения сервопривода SG90 к PCA9685

Схема подключения сервопривода SG90 к PCA9685 и Orange Pi OneУправление одним сервоприводом SG90

Чтобы управлять сервоприводом посредством PCA9685 нужно соблюдать следующие шаги:

  1. Нужно открыть шину I2C «0» (или «1»); 
    i2cBus = smbus.SMBus(0)
  2. Создаём объект класса PCA9685, а в качестве параметра конструктора используем выше созданный объект: i2cBus; 
    pca9685 = PCA9685.PCA9685(i2cBus)
  3. Создаём объект класса ServoPCA9685 для управления одного сервопривода, в качестве первого параметра используем выше созданный объект, pca9685, а второй параметр — это номер канала PCA9685, можно выбрать следующие значения: PCA9685.CHANNEL00, PCA9685.CHANNEL01, PCA9685.CHANNEL02, …, PCA9685.CHANNEL15 или номера от 0 до 15; 
    servo00 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL00)
  4. Для управления сервоприводом можно использовать два метода, а именно: set_pulse(pulse), где pulse — это длина ШИМ импульса от servo_min = 130 до servo_max = 510; и set_angle(angle), где angle — это угол поворота от 0 до 180 градусов, метод (функция) пропорционально переносит значение из текущего диапазона значений в градусах (от 0 до 180) в новый диапазон (от 130 до 510) в импульсах.

Нижеприведённый пример кода поварачивает сервопривод в одну сторону,

# 130 -> 510
for pulse in range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1):
    servo00.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

потом в другую

# 510 -> 130
for pulse in reversed(range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1)):
    servo00.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

с использованием метода set_pulse(pulse), а в конце отключает подаваемый на сервопривод ШИМ.

servo00.disable()

Файл servo_1x_pulse.py

Пример управления сервоприводом используя метод set_pulse(pulse).

import time
import smbus
import PCA9685
import ServoPCA9685

i2cBus = smbus.SMBus(0)
pca9685 = PCA9685.PCA9685(i2cBus)
servo00 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL00)

# 130 -> 510
for pulse in range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1):
    servo00.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

# 510 -> 130
for pulse in reversed(range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1)):
    servo00.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

servo00.disable()

Файл servo_1x_angle.py

Пример управления сервоприводом используя метод set_angle(angle).

import time
import smbus
import PCA9685
import ServoPCA9685

i2cBus = smbus.SMBus(0)
pca9685 = PCA9685.PCA9685(i2cBus)
servo00 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL00)

# 0 - > 180
for angle in range(0, 180 + 1):
    servo00.set_angle(angle)
    time.sleep(0.01)

# 180 -> 0
for angle in reversed(range(0, 180 + 1)):
    servo00.set_angle(angle)
    time.sleep(0.01)

servo00.disable()

Управление несколькими сервоприводами SG90

Управлять несколькими сервоприводами можно аналогичным способом, как и одним. Единственное отличие в том, что нужно создать для каждого сервопривода отдельный экземпляр класса ServoPCA9685. К примеру:

servo00 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL00)
servo01 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL01)
servo02 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL02)
servo03 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL03)

каждый объект должен иметь отличное от других имя и свой собственный канал (от 0 до 15).

servo_Nx_pulse.py

Пример управления несколькими (четырьмя) сервоприводами используя метод set_pulse(pulse).

import time
import smbus
import PCA9685
import ServoPCA9685

i2cBus = smbus.SMBus(0)
pca9685 = PCA9685.PCA9685(i2cBus)
servo00 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL00)
servo01 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL01)
servo02 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL02)
servo03 = ServoPCA9685.ServoPCA9685(pca9685, PCA9685.CHANNEL03)

# 130 -> 510
for pulse in range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1):
    servo00.set_pulse(pulse)
    servo01.set_pulse(pulse)
    servo02.set_pulse(pulse)
    servo03.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

# 510 -> 130
for pulse in reversed(range(ServoPCA9685.servo_min, ServoPCA9685.servo_max + 1)):
    servo00.set_pulse(pulse)
    servo01.set_pulse(pulse)
    servo02.set_pulse(pulse)
    servo03.set_pulse(pulse)
    time.sleep(0.01)

servo00.disable()
servo01.disable()
servo02.disable()
servo03.disable()

Материалы

Все файлы в одном архиве (Скачать zip архив)
SMBus: Работа с шиной I2C на Python в Raspberry Pi/Orange Pi/Banana Pi
GitHub — adafruit/Adafruit_Python_PCA9685: Python code to use the PCA9685 PWM servo/LED controller with a Raspberry Pi or BeagleBone black.

Похожие записи

Комментарии 5

  • Теперь роборуку можно собрать не только на Малинке, но и на апельсинке.

    Ответить

  • I actually have always been a unique character.
    I personally post weblog comments in fact to edify and illuminate
    many people, an end guided to help the gain of people.
    I don’t quite care just what exactly a man or woman dresses like,
    just what complexion hue you may have, exactly what vernacular people speak, or
    perhaps even exactly what title you and your family use
    for Our god or maybe additionally assume the overall strategy of faith is ridiculous.

    I will be able to esteem you as an individual.
    I ought to be taught completely new things as a
    result of a person and learning to be classmates and friends.
    Every one of all of us brings forth all sorts of things exceptional in each other.
    Each and every man or women we come across is an opportunity of
    having excitement learning with regards to
    our actions and the society in and around us all. Folks really need a sensation of meaning in his or her life, and it’s not necessarily some imagined significance, simply it’s definitely showing appreciation for and being acquainted with the more complete significance lurking behind each individual single one
    of the world’s sequences. Find that significance! «It’s actually when it comes to the message in the banal, the Spiritual in the everyday, the dazzling motifs within just the hardships.» -quotation from DEE EAST

    Ответить

  • https://petroyalportrait.com/

    Ответить

  • я уже смотрел обзор здесь https://my-obzor.com/ перед тем, как сделать заказ. Не сказать, что все отзывы были 100% положительные, там уже упоминались основные минусы и плюсы.

    Ответить

Добавить комментарий для Http://Ask.Ansys24.Ir Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

➤