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1.3.2 Servo
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Einführung
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In dieser Lektion lernen wir, wie man das Servo dreht.

Komponenten
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.. image:: media/list_1.3.2.png


Prinzip
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**Servo**

Ein Servo besteht im Allgemeinen aus folgenden Teilen: 
Gehäuse, Welle, Getriebe, Potentiometer, Gleichstrommotor und eingebettete Platine.

.. image:: media/image121.png


Das funktioniert so: Der Mikrocontroller sendet PWM-Signale an das Servo, und dann empfängt die im Servo eingebettete Karte die Signale über den Signal Pin und steuert den Motor im Inneren, um sich zu drehen. Infolgedessen treibt der Motor das Zahnradsystem an und motiviert dann die Welle nach dem Abbremsen. Die Welle und das Potentiometer des Servos sind miteinander verbunden. Wenn sich die Welle dreht, treibt sie das Potentiometer an, sodass das Potentiometer ein Spannungssignal an die eingebettete Platine ausgibt. Dann bestimmt das Board die Richtung und Geschwindigkeit der Drehung basierend auf der aktuellen Position, so dass es genau an der richtigen Position wie definiert anhalten und dort halten kann.

.. image:: media/image122.png


Der Winkel wird durch die Dauer eines Impulses bestimmt, der an den Steuerdraht angelegt wird. Dies wird als Pulsweitenmodulation bezeichnet. Das Servo erwartet alle 20 ms einen Impuls. Die Länge des Impulses bestimmt, wie weit sich der Motor dreht. Zum Beispiel bringt ein Impuls von 1,5 ms den Motor in die 90-Grad-Position (neutrale Position).

Wenn ein Impuls an ein Servo gesendet wird, das weniger als 1,5 ms beträgt, dreht sich das Servo in eine Position und hält seine Ausgangswelle einige Grad gegen den Uhrzeigersinn vom Neutralpunkt entfernt. Wenn der Impuls breiter als 1,5 ms ist, tritt das Gegenteil auf. Die minimale Breite und die maximale Impulsbreite, die das Servo anweisen, sich in eine gültige Position zu drehen, sind Funktionen jedes Servos. Im Allgemeinen ist der minimale Impuls ungefähr 0,5 ms breit und der maximale Impuls ist 2,5 ms breit.

.. image:: media/image123.jpeg


Schematische Darstellung
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.. image:: img/image337.png


Experimentelle Verfahren
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Schritt 1: Bauen Sie die Schaltung auf.

.. image:: img/image125.png
    :width: 800



Für Benutzer in C-Sprache
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Schritt 2: Gehen Sie zum Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.3.2

Schritt 3: Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 1.3.2_Servo.c -lwiringPi

Schritt 4: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Nachdem das Programm ausgeführt wurde, dreht sich das Servo kreisförmig von 0 Grad auf 180 Grad und dann von 180 Grad auf 0 Grad.


.. 1.18.2023

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <softPwm.h>
    #include <stdio.h>

    #define ServoPin    1       //define the servo to GPIO1
    long Map(long value,long fromLow,long fromHigh,long toLow,long toHigh){
        return (toHigh-toLow)*(value-fromLow) / (fromHigh-fromLow) + toLow;
    }
    void setAngle(int pin, int angle){    //Create a funtion to control the angle of the servo.
        if(angle < 0)
            angle = 0;
        if(angle > 180)
            angle = 180;
        softPwmWrite(pin,Map(angle, 0, 180, 5, 25));   
    } 

    int main(void)
    {
        int i;
        if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
            printf("setup wiringPi failed !");
            return 1; 
        }
        softPwmCreate(ServoPin, 0, 200);       //initialize PMW pin of servo
        while(1){
            for(i=0;i<181;i++){     // Let servo rotate from 0 to 180.            	setAngle(ServoPin,i);
                delay(2);
            }
            delay(1000);
            for(i=181;i>-1;i--){        // Let servo rotate from 180 to 0.            	setAngle(ServoPin,i);
                delay(2);
            }
            delay(1000);
        }
        return 0;
    }

**Code Erklärung**

.. code-block:: c

    long Map(long value,long fromLow,long fromHigh,long toLow,long toHigh){
        return (toHigh-toLow)*(value-fromLow) / (fromHigh-fromLow) + toLow;
    }

Erstellen Sie eine ``Map()`` - Funktion, um den Wert im folgenden Kode zuzuordnen.

.. code-block:: c

    void setAngle(int pin, int angle){    //Create a funtion to control the angle of the servo.
        if(angle < 0)
            angle = 0;
        if(angle > 180)
            angle = 180;
        softPwmWrite(pin,Map(angle, 0, 180, 5, 25));   
    } 

Erstellen Sie eine Funktion, ``setAngle()`` , um den Winkel zum Servo zu schreiben.

.. code-block:: c

    softPwmWrite(pin,Map(angle,0,180,5,25));  

Diese Funktion kann das Einschaltdauer der PWM ändern.

Damit sich das Servo auf 0 bis 180° dreht, 
sollte sich die Impulsbreite im Bereich von 0,5 ms bis 2,5 ms ändern, 
wenn die Periode 20 ms beträgt. In der Funktion ``softPwmCreate()`` haben wir festgelegt, 
dass der Zeitraum 200x100us = 20ms beträgt. Daher müssen wir 0 ~ 180 bis 5x100us ~ 25x100us zuordnen.

Der Prototyp dieser Funktion ist unten dargestellt.

.. code-block:: 

    int softPwmCreate（int pin，int initialValue，int pwmRange）;


**pin:** Jeder GPIO-Pin von Raspberry Pi kann als PWM-Pin gesetzt werden.

**initialValue:** Die anfängliche Impulsbreite ist der initialValue mal 100us.

**pwmRange:** Die Periode von PWM ist die pwmRange mal 100us.

Für Python-Sprachbenutzer
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Schritt 2: Gehen Sie zum Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

Schritt 3: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.3.2_Servo.py

Nachdem das Programm ausgeführt wurde, dreht sich das Servo kreisförmig von 0 Grad auf 180 Grad und dann von 180 Grad auf 0 Grad.

**Code**

.. note::

    Sie können den folgenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen** . Zuvor müssen Sie jedoch zu einem Quellcodepfad wie ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python`` gehen.
     
.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    import time

    SERVO_MIN_PULSE = 500
    SERVO_MAX_PULSE = 2500

    ServoPin = 18

    def map(value, inMin, inMax, outMin, outMax):
        return (outMax - outMin) * (value - inMin) / (inMax - inMin) + outMin

    def setup():
        global p
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)       # Numbers GPIOs by BCM
        GPIO.setup(ServoPin, GPIO.OUT)   # Set ServoPin's mode is output
        GPIO.output(ServoPin, GPIO.LOW)  # Set ServoPin to low
        p = GPIO.PWM(ServoPin, 50)     # set Frequecy to 50Hz
        p.start(0)                     # Duty Cycle = 0
        
    def setAngle(angle):      # make the servo rotate to specific angle (0-180 degrees) 
        angle = max(0, min(180, angle))
        pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
        pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
        p.ChangeDutyCycle(pwm)#map the angle to duty cycle and output it
        
    def loop():
        while True:
            for i in range(0, 181, 5):   #make servo rotate from 0 to 180 deg
                setAngle(i)     # Write to servo
                time.sleep(0.002)
            time.sleep(1)
            for i in range(180, -1, -5): #make servo rotate from 180 to 0 deg
                setAngle(i)
                time.sleep(0.001)
            time.sleep(1)

    def destroy():
        p.stop()
        GPIO.cleanup()

    if __name__ == '__main__':     #Program start from here
        setup()
        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:  # When 'Ctrl+C' is pressed, the program destroy() will be executed.
            destroy()
        

**Code Erklärung**

.. code-block:: python

    p = GPIO.PWM(ServoPin, 50)     # set Frequecy to 50Hz
    p.start(0)                     # Duty Cycle = 0

Stellen Sie den ServoPin auf den PWM-Pin, dann die Frequenz auf 50 Hz und die Periode auf 20 ms.

``p.start(0)`` : Führen Sie die PWM-Funktion, und setzen Sie den Anfangswert auf 0.

.. code-block:: python

    def setAngle(angle):      # make the servo rotate to specific angle (0-180 degrees) 
        angle = max(0, min(180, angle))
        pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
        pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
        p.ChangeDutyCycle(pwm)#map the angle to duty cycle and output it
    
Erstellen Sie eine Funktion, ``setAngle()`` , um einen Winkel von 0 bis 180 in das Servo zu schreiben.

.. code-block:: python

    angle = max(0, min(180, angle))

Diese Kode wird verwendet, um den Winkel im Bereich von 0 bis 180° zu begrenzen.

Die Funktion ``min()`` gibt das Minimum der Eingabewerte zurück. Wenn 180 <Winkel, then 180 zurückgeben, wenn nicht, Winkel zurückgeben .

Die ``max()`` -Methode gibt das maximale Element in einem iterierbaren oder größten von zwei oder mehr Parametern zurück. Wenn 0> Winkel, dann 0 zurückgeben, wenn nicht, Winkel zurückgeben.

.. code-block:: python

    pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
    pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
    p.ChangeDutyCycle(pwm)

Um einen Bereich von 0 bis 180° zum Servo zu rendern, 
wird die Impulsbreite des Servos auf 0,5 ms (500 us) bis 2,5 ms (2500 us) eingestellt.

Die Periode der PWM beträgt 20 ms (20000us), 
daher beträgt das Tastverhältnis der PWM (500/20000)% - (2500/20000)%, 
und der Bereich 0 bis 180 wird auf 2.5 bis 12.5 abgebildet.


Phänomen Bild
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.. image:: media/image126.jpeg