舵机测试仪的设计与制作——2.检测舵机旋转3.舵机工作过程分析
2012-10-26 17:14阅读：2,856
| 舵机测试仪的设计与制作——2.检测舵机旋转 |
发布时间：2011-04-27 23:22:03 |
| 技术类别：单片机 |
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舵机测试仪的设计与制作——2.检测舵机旋转
测舵机的扭矩，需要机械装置，这是显而易见的，那么，测舵机的响应速度呢？
从道理上看，也应该有一个反馈装置，用于收集舵机摇臂的角度，来判断舵机是否到位，比如用舵机摇臂带动一个电位器，然后检测电位器的中点电压；或者用光栅，霍尔等等。其实我也一直这样想的。不过，很早就有人提出了电流检测的方法，具体多早我不知道。
电流检测方法，是根据这样一个事实情况来设计的：目前的舵机，都是利用电动机作为动力源，当舵机需要转动角度的时候，电动机做功并消耗电能，产生电流，当舵机运动到指定角度时，电动机停止，并停止消耗电能。
从一些商用的产品来看，比如我前面提到带舵机速度检测的充电器，这种方法已经被实用化了，应该具备一定的合理性。我经过这次小开发，也发现这种方法，有其可靠的一面，也有其局限性，但总体来说，是可用的，好用的，对模友而言，值得使用。
要检测一个设备的工作电流，有好多方法，最简单的就是在回路上串上一个采样电阻；进一步考虑，如果将电阻串在GND回路上，对于电路的要求就更简单了。就
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本案而言，我们对这个电流并无精度要求，只需要判断有电流还是没有电流，电流大概多大即可。
我通过实测发现，只需要检测舵机黑色信号线上压降即可——没错，不需要任何额外电阻，舵机线的线阻就可以了！如下图：
图的右边是舵机插头，从上到下分别是信号SIGNAL，电源正VCC，电源负GND。在舵机实际工作的时候，在图中黑色粗线所示的GND上，就会产生一个微小的压降（实测大约几十mV，当然，和线的质量有关，如果你用的是磁铁能吸起来的铜线的话，这个压降会大不少）。为了减少电路的负担，我在设计时，特意选用了比较细的电线约10cm，电阻大概0.05欧~0.1欧，产生的压降在50mV上下（视舵机的不同而不同）。
舵机测试仪的设计与制作——3.舵机工作过程分析
舵机一般采用的是P控制：它用一个电位器检测摇臂角度，用电动机带动齿轮箱来转动摇臂，驱动电动机的电压大小，就取决于电位器检测到的角度和期望角度的差值。
舵机的具体电路就不分析了，现在的舵机一般都是专用的舵机驱动芯片，高级一些的舵机采用的是单片机（AVRM8使用也很多），从我观察的4~5种舵机来看，驱动方式还是有差异的，我这里选比较典型（常见）的驱动过程来介绍。如下图：
1、等待期就是舵机不工作在等待命令（等待舵机驱动脉宽信号的脉宽变化）
2、当发现脉宽变化后，舵机开始驱动电动机工作，产生较大电流，随着摇臂角度逼近期望角度，电流越来越小，这段时间就是转动期；
3、当接近期望角度的时候，会出现一段间歇期，这个应该是摇臂和期望角度的差值，超过了电位器的解析能力了（即进入电位器的死区）
4、很快由于惯性，摇臂会过冲，这样，驱动电路又开始命令舵机反转，如此震荡多次，直至稳定，这是调整期
这是一个实际抓取的0~60度转动的电流波形（黄色CH1线），蓝色CH2线是我编写的软件根据这些情况将调试LED点亮/熄灭的波形，照片拍摄时，我已经完成了软件设计，所以可以看到软件能够清晰地分辨各个区间。
从图上可以看出，这个舵机的响应速度是0.08s多一点。这里有2点要说明，见下图：
1、舵机停止工作的时间，要以A点来计算，不能以B点来计算，B点是检测到舵机稳定了一段时间后，认为舵机已经停止工作了，但其实此时舵机已经停止工作一段时间了
2、B点之后还出现了一些电流波形，这是舵机常见的“颤抖”现象，其根源是电位器位置检测抖动以及驱动信号检测抖动所致。如果这个抖动刚好出现在B之前，就会引起误会。因此在测量时需要采取合适的测量排除这种情况。
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