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PCA9685モジュールとESP32 V4を使用して32サーボモーターを制御する

PCA9685モジュールとESP32 V4を使用して32サーボモーターを制御する

このチュートリアルでは、PCA9685モジュールに接続されたESP32マイクロコントローラを使用して、最大32個のサーボモーターを制御する方法を学びます。これは、Wi-Fiを使用せずに複数のサーボモーターを同時に操作する必要があるプロジェクトに特に便利です。結果として、各サーボモーターの位置を個別に操作できる完全に機能するセットアップが得られます。

PCA9685 module-0

このチュートリアルでは、必要なハードウェアコンポーネント、配線の指示、およびこの制御を実現するために必要なコードの概要について説明します。詳細なデモンストレーションについては、関連するビデオを視聴することを検討してください(ビデオは00:00にあります)。

ハードウェアの説明

このプロジェクトで使用される主なコンポーネントは、ESP32マイクロコントローラーとPCA9685 PWMドライバーモジュールです。ESP32は、PCA9685モジュールに信号を送信するメインコントローラーとして機能し、そのPCA9685がサーボモーターを制御します。PCA9685は、1つのモジュールで最大16台のサーボモーターを扱うことができるため、2つのモジュールを接続することで合計32台のサーボを制御することが可能です。

PCA9685モジュールはI2C通信を使用して動作し、データ転送のための2本の主要なワイヤーであるSDA(データライン)とSCL(クロックライン)があります。また、サーボを動作させるための電源が必要で、通常は5Vです。ESP32はマスターデバイスとして機能し、スレーブPCA9685モジュールに必要な制御信号を提供します。

データシートの詳細

製造者 アダフルート
部品番号 PCA9685
論理/入出力電圧 3.3 Vから5.5 V
供給電圧 5 V
出力電流(チャネルごと) 約20 mA
ピーク電流(チャネルあたり) 約25 mA
PWM周波数ガイダンス 60ヘルツ
入力ロジック閾値 0.3*VDD(低), 0.7*VDD(高)
電圧降下 / RDS(on)/ saturation 0.5 V max
熱の制限 125 °C
パッケージ HTSSOP-28
ノート / バリアント 16チャンネルPWMコントローラー

  • サーボ用に外部電源を使用してください(推奨:5V、2A)。
  • ESP32とPCA9685の間の適切な接地を確保してください。
  • 最適なサーボ性能のためにPWM周波数設定を確認してください。
  • サーボの仕様に基づいてパルス幅の制限を調整してください。
  • 複数のサーボが動作しているときは、電流の引き込みに注意してください。

配線指示

ESP32 wiring for PCA99685 for 32 sevo motors

PCA9685をESP32に配線するには、まず電源とグラウンドを接続します。Vを接続してください。CCPCA9685のピンを5V電源に接続し、GNDピンをESP32のGNDピンの1つに接続します。これにより、モジュールとESP32が共通のグラウンドを共有します。

次に、I2C通信のために、PCA9685のSDAピンをESP32のGPIO 21に接続し、SCLピンをGPIO 22に接続します。この設定により、ESP32はPCA9685モジュールと適切に通信することができます。特に複数のサーボを使用している場合は、通信ラインのノイズを避けるために短いワイヤーを使用してください。

PCA9685ボードを2つ接続する

上の画像に示されているように、PCA9685ボード2(左側)の場合、そのパスをはんだ付けしてI2Cアドレスを設定し、ボード1(右側)とは異なるようにしてください。

コード例とウォークスルー

コードはPCA9685モジュールを初期化し、PWM周波数を設定します。コード内の重要な識別子にはboard1board2ESP32に接続された2つのPCA9685モジュールを表しています。setup()関数はシリアルモニターを初期化し、両方のボードに対してPWM周波数を設定します。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("32 channel Servo test!");
  
  board1.begin();
  board2.begin();  
  board1.setPWMFreq(60);  // Analog servos run at ~60 Hz updates
  board2.setPWMFreq(60);
}

この抜粋は、シリアル通信が初期化され、サーボドライバーのPWM周波数が設定されるセットアッププロセスを示しています。setPWMFreq(60)その機能は、サーボがスムーズに動作するために正しい周波数を受信することを保証します。

ループ内では、forループが0度から180度までの角度を反復し、両方のPCA9685ボードに接続されたサーボにパルス幅コマンドを送信します。関数angleToPulse角度を対応するパルス幅に変換します。

void loop() {
    for(int angle = 0; angle < 181; angle += 10) {
        for(int i = 0; i < 16; i++) {      
            board2.setPWM(i, 0, angleToPulse(angle));
            board1.setPWM(i, 0, angleToPulse(angle));
        }
    }
    delay(100);
}

このコードの抜粋は、サーボがループ内でどのように制御されるかを示しています。サーボの角度は10度ずつ増加します。setPWM関数は両方のボードに対して呼び出され、サーボを指定された角度に移動させます。遅延は動きの間に短い一時停止を可能にします。

デモンストレーション / 期待すること

配線とコードのアップロードが完了したら、サーボが0から180度までの増分で動くのを見ることができるはずです。これは、2つのPCA9685モジュールに接続されたすべての32個のサーボで同時に発生します。サーボが応答しない場合は、電源を確認し、すべての接続がしっかりとされていることを確認してください(ビデオの12:30にて)。

PCA9685モジュール
PCA9685モジュール

ビデオのタイムスタンプ

  • 00:00 スタート
  • 00:36 イントロダクション
  • 04:01 配線の説明 (ESP32のみに適用)
  • 06:26 ESP32のためのArduino IDEの準備
  • 08:34 コードの説明
  • 13:40 32個のサーボモーターの動作デモンストレーション

画像

PCA9685 module-0
PCA9685 module-0
PCA9685 module-2
PCA9685 module-2
PCA9685 module-3
PCA9685 module-3
PCA9685 module
PCA9685 module
Connecting two PCA9685 board
Connecting two PCA9685 board
ESP32 wiring for PCA99685 for 32 sevo motors
ESP32 wiring for PCA99685 for 32 sevo motors
880-new- PCA9685 Video V4, Arduino ESP32 Code : Controlling all 32 servo motor wihtout WiFi
言語: C++
/*
 * Original library source: https://github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Driver-Library
 * 
 * This is the Arduino code PCA6985 16 channel servo controller
 * to control 32 Servo Motors with ESP32 board without WiFi

  get this code and wiring from for this video:  http://robojax.com/RJT268
 * 
 * This is V4 Video on PCA9685: https://youtu.be/JFdXB8Za5Os
 * 
 * watch the video for details (V1) and demo http://youtu.be/y8X9X10Tn1k

 *  
   
 * Written/updated by Ahmad Shamshiri for Robojax Video channel www.Robojax.com
 * Date: Dec 15, 2019, in Ajax, Ontario, Canada

 * Disclaimer: this code is "AS IS" and for educational purpose only.


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 *  * This code is "AS IS" without warranty or liability. Free to be used as long as you keep this note intact.* 
 * This code has been download from Robojax.com
    This program is free software: you can redistribute it and/or modify
    it under the terms of the GNU General Public License as published by
    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
    (at your option) any later version.

    This program is distributed in the hope that it will be useful,
    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
    GNU General Public License for more details.

    You should have received a copy of the GNU General Public License
    along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
 */
#include <Wire.h>

#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

// called this way, it uses the default address 0x40
Adafruit_PWMServoDriver board1 = Adafruit_PWMServoDriver(0x40);
Adafruit_PWMServoDriver board2 = Adafruit_PWMServoDriver(0x41);

// Depending on your servo make, the pulse width min and max may vary, you 
// want these to be as small/large as possible without hitting the hard stop
// for max range. You'll have to tweak them as necessary to match the servos you
// have!
// Watch video V1 to understand the two lines below: http://youtu.be/y8X9X10Tn1k
#define SERVOMIN  125 // this is the 'minimum' pulse length count (out of 4096)
#define SERVOMAX  575 // this is the 'maximum' pulse length count (out of 4096)


int servoNumber = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("32 channel Servo test!");

  board1.begin();
  board2.begin();  
  board1.setPWMFreq(60);  // Analog servos run at ~60 Hz updates
  board2.setPWMFreq(60);
  //yield();
}

// the code inside loop() has been updated by Robojax
void loop() {


    for( int angle =0; angle<181; angle +=10){
      for(int i=0; i<16; i++)
        {      
            board2.setPWM(i, 0, angleToPulse(angle) );
            board1.setPWM(i, 0, angleToPulse(angle) );
        }
    }
  
// robojax PCA9865 16 channel Servo control
  delay(100);
 
}

/*
 * angleToPulse(int ang)
 * gets angle in degree and returns the pulse width
 * also prints the value on seial monitor
 * written by Ahmad Shamshiri for Robojax, Robojax.com
 */
int angleToPulse(int ang){
   int pulse = map(ang,0, 180, SERVOMIN,SERVOMAX);// map angle of 0 to 180 to Servo min and Servo max 
   Serial.print("Angle: ");Serial.print(ang);
   Serial.print(" pulse: ");Serial.println(pulse);
   return pulse;
}

必要かもしれないもの

リソースと参考文献

まだリソースはありません。

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