บทเรียนที่ 91: การควบคุมมอเตอร์เซอร์โวโดยใช้โพเทนชิโอมิเตอร์และการแสดงมุมบนจอ LCD

บทเรียนที่ 91: การควบคุมมอเตอร์เซอร์โวโดยใช้โพเทนชิโอมิเตอร์และการแสดงมุมบนจอ LCD

ในบทช่วยสอน Arduino แบบลงมือปฏิบัตินี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีรวมส่วนประกอบสำคัญสามอย่างเข้าด้วยกันเป็นโปรเจกต์ที่ใช้งานได้จริง: มอเตอร์เซอร์โว โพเทนชิโอมิเตอร์ และจอ LCD แบบ I2C เมื่อจบบทเรียน คุณจะสามารถหมุนปุ่มและดูแขนเซอร์โวขยับแบบเรียลไทม์พร้อมกับเห็นมุมที่แม่นยำแสดงบนหน้าจอ โปรเจกต์นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างอินเทอร์เฟซทางกายภาพที่ใช้งานง่าย ซึ่งคุณต้องการทั้งการตอบสนองทางภาพและการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ

โปรเจกต์นี้เชื่อมช่องว่างระหว่างอินพุตแบบแอนะล็อกและเอาต์พุตทางกายภาพ โพเทนชิโอมิเตอร์ทำหน้าที่เป็นปุ่มควบคุมแบบแอนะล็อก มอเตอร์เซอร์โวแปลงตำแหน่งของปุ่มนั้นเป็นมุมทางกายภาพ (0 ถึง 180 องศา) และหน้าจอ LCD ให้การยืนยันทางภาพทันทีเกี่ยวกับมุมปัจจุบัน การตั้งค่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้จริงมากมาย:

• สร้างข้อต่อแขนหุ่นยนต์พร้อมปุ่มควบคุมแบบแมนนวลสำหรับการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ
• สร้างฐานกล้องแบบแพนและเอียงที่คุณควบคุมทิศทางด้วยปุ่มหมุน
• พัฒนาเกจวัดแบบแอนะล็อกที่แสดงค่าบนหน้าจอสำหรับแผงเครื่องมือวัดที่กำหนดเอง
• สร้างกลไกบังคับเลี้ยวของรถจำลองที่ควบคุมระยะไกลพร้อมการตอบสนองทางภาพ

ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์

ในการสร้างโปรเจกต์นี้ คุณจะต้องมีส่วนประกอบต่อไปนี้:

• บอร์ด Arduino (Uno หรือรุ่นใกล้เคียง)
• มอเตอร์เซอร์โว (เซอร์โวงานอดิเรกมาตรฐาน 5V)
• โพเทนชิโอมิเตอร์ (แนะนำ 10kΩ)
• จอ LCD แบบ I2C (16x2 หรือ 20x4)
• เบรดบอร์ดและสายจัมเปอร์

คู่มือการเดินสายไฟ

โปรเจกต์นี้ใช้พินดิจิทัลที่ว่างสองพินบน Arduino อย่างชาญฉลาดเพื่อจ่ายไฟ 5V ให้กับโพเทนชิโอมิเตอร์และ LCD หลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้รางจ่ายไฟเพิ่มเติมบนเบรดบอร์ด พิน 8 ถูกกำหนดเป็นเอาต์พุตและตั้งค่าเป็น HIGH เพื่อจ่ายไฟให้โพเทนชิโอมิเตอร์ ในขณะที่พิน 4 ทำเช่นเดียวกันสำหรับ VCC ของ LCD เทคนิคนี้มีประโยชน์เมื่อคุณต้องการแหล่งจ่ายไฟ 5V เพิ่มเติมโดยไม่ต้องเพิ่มฮาร์ดแวร์

การเชื่อมต่อสายไฟมีดังนี้ (ในวิดีโอที่ 05:08):

• เซอร์โว: สายสัญญาณไปยังดิจิทัลพิน 3, สายไฟไปยัง 5V, กราวด์ไปยัง GND
• โพเทนชิโอมิเตอร์: พินกลางไปยังแอนะล็อกพิน A0, พินด้านนอกหนึ่งพินไปยังพิน 8 (VCC2), พินด้านนอกอีกพินไปยัง GND
• LCD: VCC ไปยังพิน 4 (VCC3), GND ไปยัง GND, SDA ไปยัง A4, SCL ไปยัง A5

คำอธิบายโค้ด

โค้ดสำหรับโปรเจกต์นี้ต่อยอดจากการควบคุมเซอร์โวมาตรฐานโดยเพิ่มฟังก์ชันการแสดงผลบน LCD มาดูองค์ประกอบสำคัญที่ผู้ใช้สามารถกำหนดค่าได้ซึ่งคุณจะต้องปรับให้เข้ากับการตั้งค่าของคุณ

การกำหนดพิน: พินถูกกำหนดไว้ที่ด้านบนของสเก็ตช์และสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ตรงกับการเดินสายของคุณ:

int potpin = A0;  // แอนะล็อกพินสำหรับโพเทนชิโอมิเตอร์
int servoPin = 3; // ดิจิทัล PWM พินสำหรับเซอร์โว (3, 5, 6, 9, 10, 11)
int VCC2 = 8;     // พิน 5V เพิ่มเติมสำหรับโพเทนชิโอมิเตอร์
int VCC3 = 4;     // พิน 5V เพิ่มเติมสำหรับ LCD

การกำหนดค่า LCD: ที่อยู่ I2C มีความสำคัญอย่างยิ่งและต้องตรงกับโมดูล LCD ของคุณ โมดูลหลายตัวใช้ 0x27 แต่โค้ดนี้ใช้ 0x3F คุณอาจต้องรันสเก็ตช์สแกนเนอร์ I2C เพื่อค้นหาที่อยู่ของคุณ:

LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2);  // ที่อยู่, คอลัมน์, แถว

การปรับความละเอียดเซอร์โว: ค่าที่อ่านได้แบบแอนะล็อกถูกหารด้วย 5 เพื่อลดความผันผวน คุณสามารถปรับค่านี้เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความเสถียรและความละเอียด ตัวหารที่สูงกว่า (เช่น 10) ให้ค่าที่อ่านได้เสถียรอย่างสมบูรณ์แต่ลดจำนวนตำแหน่งเซอร์โวที่คุณสามารถทำได้:

val = analogRead(potpin)/5;  // หารด้วย 5 เพื่อความเสถียร

การวางตำแหน่งสัญลักษณ์องศา: โค้ดรวมตรรกะในการวางสัญลักษณ์องศา (°) อย่างถูกต้องถัดจากค่ามุม ไม่ว่าจะเป็นตัวเลขหนึ่ง สอง หรือสามหลัก เพื่อให้แน่ใจว่าการแสดงผลดูสะอาดตาและเป็นมืออาชีพเสมอ

การสาธิตโปรเจกต์สด

เมื่อคุณเปิดเครื่องโปรเจกต์ LCD จะแสดง "Servo with Pot." บนบรรทัดแรก เมื่อคุณหมุนโพเทนชิโอมิเตอร์ แขนเซอร์โวจะหมุนเพื่อให้ตรงกับตำแหน่งของปุ่มหมุน และบรรทัดที่สองของ LCD จะแสดงมุมปัจจุบันพร้อมสัญลักษณ์องศา จอภาพอนุกรมยังแสดงค่ามุมเพื่อวัตถุประสงค์ในการดีบักด้วย (ในวิดีโอที่ 05:36)

สิ่งหนึ่งที่คุณจะสังเกตเห็นคือมุมที่แสดงอาจผันผวนเล็กน้อยระหว่างสองค่า เนื่องจากค่าที่อ่านได้แบบแอนะล็อกจากโพเทนชิโอมิเตอร์ไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ โค้ดจัดการกับปัญหานี้โดยการหารค่าดิบด้วย 5 ซึ่งลดความผันผวนลงอย่างมากในขณะที่ยังคงให้ตำแหน่งที่แตกต่างกัน 180 ตำแหน่ง หากคุณต้องการค่าที่อ่านได้เสถียรอย่างสมบูรณ์ คุณสามารถเพิ่มตัวหารได้ แต่คุณจะสูญเสียความแม่นยำบางส่วนในการกำหนดตำแหน่งเซอร์โว

บทต่างๆ

• [00:00] แนะนำโปรเจกต์
• [00:31] ภาพรวมการเดินสายไฟและข้อกำหนดด้านพลังงาน
• [01:05] คำอธิบายโค้ดส่วนที่ 1: การตั้งค่า LCD
• [02:36] คำอธิบายโค้ดส่วนที่ 2: การเริ่มต้น LCD และตรรกะการแสดงผล
• [03:48] คำอธิบายโค้ดส่วนที่ 3: การวางตำแหน่งสัญลักษณ์องศา
• [05:08] แผนภาพการเดินสายไฟและการเชื่อมต่อทั้งหมด
• [05:36] การสาธิตและการทดสอบสด
• [06:14] การแก้ไขความผันผวนของค่าและการปรับความละเอียด

ภาพ

SG90 Mini Servo Motor

Arduino wiring for controlling Servo motor with Potentiometer

SG90 Mini Servo Motor

Arduino wiring for controlling Servo motor with Potentiometer

/*
 Lesson 91
  * S05 Servo with Potentiometer and LCD1602-I2C
  * 
  Controlling a servo position using a potentiometer (variable resistor)
  by Michal Rinott <http://people.interaction-ivrea.it/m.rinott>
 
 Watch full instructions on YouTube https://youtu.be/E-H-4igygzA
  modified on 8 Nov 2013
  by Scott Fitzgerald
  http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Knob
 
  Update by Ahmad Shamshiri on January 1, 2019 in Ajax, Ontario, Canada
 
 https://robojax.com?vid=robojax-servo-knob
 */
 
 #include <Servo.h>
 Servo myservo;  // create servo object to control a servo
 
 int potpin = A0;  // analog pin used to connect the potentiometer
 int servoPin = 3; // define a digital pin (with PWM) for servo. Can use only pin 3, 5, 6, 9, 10, 11
 int VCC2 = 8;// define extra VCC for potentiometer
 int val;    // variable to read the value from the analog pin
 
 #include <Wire.h> 
 #include <LiquidCrystal_I2C.h>
 
 // Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
 LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2);
 int VCC3 = 4;// define extra VCC for LCD
 int degPos;// degree symbol position
 
 void setup() {
   //
   Serial.begin(9600);          //  setup serial
   myservo.attach(servoPin);  // attaches the servo on pin 3 to the servo object
 
   pinMode(VCC2, OUTPUT);// set pin 8 as output
   digitalWrite(VCC2, HIGH);// set pin 8 HIGH so it acts as 5V pin
 
   // lines bellow are for LCD
   pinMode(VCC3, OUTPUT);// set pin 4 as output
   digitalWrite(VCC3, HIGH);// set pin 4 HIGH so it acts as 5V pin  
   lcd.begin();  // initialize the LCD, 
   // Turn on the backlight and print a message.
   lcd.backlight();    
 }
 
 void loop() {
   
   val = analogRead(potpin)/5;            // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
   val = map(val, 0, 1023/5, 0, 180);     // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180)
   myservo.write(val);                  // sets the servo position according to the scaled value
   Serial.print(val);
   Serial.println();
 
   lcd.clear();
   lcd.print("Servo with Pot.");
   lcd.setCursor (0,1); // go to start of 2nd line
   lcd.print("Angle:");  
   lcd.setCursor (7,1); // go to 7 char of of 2nd line
   lcd.print(val);// print angle 
 
   if(val >99)
   {
     degPos =10;
   }else if(val >9)
   {
     degPos =9;
   }else
   {
     degPos =8;
   }
   lcd.setCursor (degPos,1); // go to 11 char of of 2nd line  
   lcd.print((char)223);// degree symbol
     
   delay(500);                           // waits for the servo to get there
 }