BPI-CanMV-K230D-Zero的舵机云台的操控实现

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@21小跑堂

对于BPI-CanMV-K230D-Zero开发板来讲，其主要的应用方向是视觉识别处理。而在视觉处理方面，除了AI方面的处理，也离不开辅助工具的配合，即常言所说红花还需绿叶配。舵机云台就是这样的绿叶，它可以帮助摄像头进行大范围的摆动，从而运行地扩展摄像头的视野，使处理的对象更多样，也更全面。

1. 舵机云台
舵机云台是一种由舵机和相应的机械结构所组成，见图1所示。由于它配有2个舵机，故可对水平方向和垂直方向的两个维度进行转动。

图1 舵机云台

对于舵机来讲它是一种位置伺服性驱动器，主要适用于需要对角度进行调节的变化环境。其工作原理是：控制信号由接收机的输入通道进入信号调制芯片，从而获得直流偏置电压。因其内部有一个基准电路，可产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号。经直流偏置电压与电位器的电位比较，从而获得电压差的输出。在该电压差的正负输出到达电机驱动芯片后，就决定了电机的正反转。在电机转速一定时，通过级联减速齿轮可带动电位器旋转，使得电压差为0，来使电机停止转动而获得相应的摆角。
对于不同的舵机来讲，有着不同的角度范围，如90、180及360度。
对于180度的舵机，其导通时间与摆角的关系为：
0.5ms----------------0度
1ms -----------------45度
1.5ms----------------90度
2ms -----------------135度
2.5ms ---------------180度

由于舵机的工作周期为20ms，换算成频率来说就50Hz。
通过对PWM占空比的调节，就可产生相应的摆角。

2. PWM调节
对于PWM脉冲来讲，它是由BPI-CanMV-K230D-Zero开发板来提供，其程序的基本框架为：

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from machine import PWM

from machine import FPIOA

# 实例化FPIOA

fpioa = FPIOA()

# 设置PIN60为PWM通道0

fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)

# 实例化PWM通道0，频率为50Hz，占空比可调x: 2 ~ 13，默认使能输出

x=2

pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)

# 关闭通道0输出

pwm0.enable(0)

# 调整通道0频率为50Hz

pwm0.freq(50)

# 调整通道0占空比为40%

pwm0.duty(40)

# 打开通道0输出

在不同的占空比下，舵机的摆角会处于不同的状态。

3. 五向导航按键模块
为在良好的随动情况下，控制云台的摆动，可采用五向导航按键模块来进行人机交互，即通过左右键来控制水平方向的摆动控制；而上下键则控制垂直方向的摆动控制；中心键则是让云台复位到中心位置。在摆动控制过程中，每触动一次按键，就会发出一个沿转动方向的摆角移动脉冲。
向导航按键模块的外观如图2所示，相应引脚的作用见图3所示。


图2 五向导航按键模块


图3引脚作用


图4 器件连接

在BPI-CanMV-K230D-Zero开发板上，实现云台的随动性操控。
1）按键状态检测
五向导航按键模块的引脚连接关系为：
LEF------GPIO3
RHT------GPIO4
UP ------GPIO5
DWN------GPIO6
MID------GPIO2

将所用引脚设置为输入模式的语句为：

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fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)

Pin1 = Pin(3,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //L

fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)

Pin2 = Pin(4,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //R

fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)

Pin3 = Pin(5,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //U

fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)

Pin4 = Pin(6,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //D

fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)

Pin4 = Pin(2,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //M

print(pin1.value())

2）占空比调节与舵机控制
实现键控舵机运动的程序为：

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from machine import Pin

from machine import FPIOA

from machine import PWM

import time



# 实例化FPIOA

fpioa = FPIOA()

# 设置Pin2为GPIO2

# 设置Pin6为GPIO6

fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)

fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)

fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)

fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)

fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)



# 实例化Pin2~Pin6为输入

key1 = Pin(3, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)

key2 = Pin(4, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)

key3 = Pin(5, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)

key4 = Pin(6, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)

key5 = Pin(2, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)

H=0

V=0



fpioa = FPIOA()

# 设置PIN60为PWM通道0

fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)

# 设置PIN61为PWM通道1

fpioa.set_function(61, fpioa.PWM1)

# 实例化PWM通道0，频率为50Hz，占空比可调x: 2 ~ 13，默认使能输出

x=2

pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)

pwm1 = PWM(1, 50, x, enable = True)



def mov_h(n) :

    # 关闭通道0输出

    pwm0.enable(0)

    # 调整通道0占空比为n%

    pwm0.duty(n)

    # 打开通道0输出

    pwm0.enable(1)



def mov_v(m) :

    # 关闭通道1输出

    pwm1.enable(0)

    # 调整通道0占空比为m%

    pwm1.duty(m)

    # 打开通道0输出

    pwm1.enable(1)



while True:

    if  key1.value()==0 :

        print("k1=",key1.value())

        if H<13 :

            H=H+1

            print(H)

            mov_h(H)

    if  key2.value()==0 :

        print("k2=",key2.value())

        if H>3 :

            H=H-1

            print(H)

            mov_h(H)

    if  key3.value()==0 :

        print("k3=",key3.value())

        if V<13 :

            V=V+1

            print(V)

            mov_v(V)

    if  key4.value()==0 :

        print("k4=",key4.value())

        if V>3 :

            V=V-1

            print(V)

            mov_v(V)

    if  key5.value()==0 :

        print("k5=",key5.value())

        H=8

        V=8

        print(H)

        print(V)

        mov_h(H)

        mov_v(V)

    time.sleep(0.5)

经测试，键控操作下其输出信息如图5所示，说明按键的判别处理是正确的。

图5 输出信息


图6 运行状态

该云台控制程序，除适用于云台控制外，也适用于基于舵机驱动的各种机械臂、麦克纳姆轮
智能车方向控制和调速等，其用途是非常广泛的。

演示视频：