伺服电机控制的无线电灯开关-第一部分

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

目录

第一部分
什么是伺服电机？
伺服电机的类型
所需电压和电源

第二部分
基于Arduino程序的伺服控制
伺服电机可以做什么？

第三部分
伺服控制电灯开关
电灯开关的远程控制

今天，我们将再次讨论关于电机的内容。在之前的系列文章中，我们已经介绍了多种类型电机的基本原理，例如使用步进电机的二轮机器人以及使用直流和伺服电机的RC 车。在本文中，我们将介绍一款之前没有用过的伺服电机的基本用法，并且还会设计一个简单的DIY伺服控制电灯开关，使您可以随时随地打开/关闭电灯！

注意：我们将要制备的自动电灯开关仅适用于按钮式电灯开关系统。

本项目电子设备清单

第一部分：

Arduino UNO R3

FEETECH FS90 微伺服

Rapiro伺服电机 (大号)

数码微伺服HK-5330

50 KΩ B型电位器otentiometer

面包板

跳线（公对公）

第二部分:

Arduino UNO R3

ESPr开发板

Towerpro MG996R 伺服器

面包板

跳线（公对公）

1. 什么是伺服电机？

图1：伺服电机

伺服电机是通过旋转连接至发动机节气门的轴进行工作的一种电机类型。因为可以对旋转角度和转速进行精确控制，所以被广泛应用于自动化制造、机器人以及个人的物联网项目等。

伺服电机 – 维基百科

伺服电机是一种旋转致动器或线性致动器，可精确控制角度或线性位移、速度和加速度。伺服电机包含一个与传感器耦合以进行位置信息反馈的适配电机。……伺服电机是一种闭环伺服系统，可以使用位置的反馈信息进行运转和最终位置的控制。

伺服电机具有一个编码器，用于检测旋转角度，并使用编码信号将输出轴定位到指定角度。我们可以来看一下不同类型电机之间的区别：

电机：通电时可旋转。

伺服电机：在0度到N度的范围内旋转，对信号作出响应。

步进电机：以离散的步进角旋转，并且在有信号或无信号的情况下都可以进行控制。

无刷直流电机：施加稳定直流电压时，可连续旋转，因此可以稳定地控制转速。

请务必根据应用的特点来选择合适的电机。

图2：不同类型的电机。从左到右：无刷电机，步进电机，伺服电机，直流电机

2. 伺服电机的类型

那么，您应该购买哪种类型的伺服电机呢？购买伺服电机时，请考虑以下要点：

扭矩：用于驱动电机的力矩；扭矩数值越大，力矩越大（单位：kgf·cm等）

转角：在特定角度下电机的旋转/位置

工作速度：转速

工作电压：工作所需电压

2.1 扭矩的计算

使用伺服电机时，最重要的是要了解您所需要的扭矩值。伺服电机的扭矩以kgf·cm或kg为单位表示。如果以kgf·cm为单位来计算扭矩，计算出来的值就表示它在1[cm]的半径下可以举起的多少N[kg]物体。如果您想要举起5kg的物品，并且在伺服电机轴上连接的手柄长度为2cm，那么需要大于5 kgf × 2 cm = 10 kgf·cm的扭矩。

图3：计算扭矩的方法

3. 所需电压和电源

当通过Arduino来对伺服电机进行控制时，就像其它类型的电机一样，几乎不可能从Arduino获取电压或电流。在这种情况下，您可以使用外部电源，然后将来自Arduino的角度控制信号传输到伺服电机中。

例如，在本系列中经常使用的Arduino UNO R3具有I/O引脚（数字/模拟引脚），每个引脚大约可以获取20 mA的电流（如果电流大于40 mA，可能会损坏）。虽然伺服电机的工作电压是5V，但是由于来自数字/模拟引脚的电流不足，伺服电机和Arduino也会发生损坏。因此，当您通过I/O引脚来供电时要小心处理！

5V或3.3V引脚上的最大额定电流值（所获取的电流极限）是200 mA。因此可以使用小型伺服电机。

例如，对于工作电压为9V的伺服电机，需要对伺服电机和Arduino分别供电，如以下电路图所示。

图4：Arduino和伺服电机（分别供电）

如果伺服电机的工作电压很小（比如5V），并且您想要与Arduino共享电源，那么可以按照以下电路从5V电压中获取电流。

图5：Arduino和伺服电机（共享电源）

DevicePlus 编辑团队

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审核编辑黄宇