第86课：使用电位器控制伺服电机的位置

第86课：使用电位器控制伺服电机的位置

想象一下，转动一个简单的旋钮，就能看到机械臂精确地跟随你的每一个动作。这就是将电位器与舵机结合的神奇之处。这个项目是Robojax推出的Arduino逐步学习课程的一部分，演示了电子学中一个基础且极其有用的概念：将模拟输入转换为精确的物理运动。你将学习如何读取电位器产生的可变电压，将该值映射到一定角度范围，并命令舵机旋转到精确位置。这是你构建直观且交互式项目（手动控制与自动化相结合）的入门途径。

这项技能的应用广泛且实用。以下是一些想法，供你参考并激发灵感：

• 机械臂控制：使用电位器手动定位机械臂的每个关节，实现精确的取放操作。
• 摄像头云台系统：构建一个远程控制的摄像头支架，用于延时摄影或监控，通过旋转拨盘实现平滑的平移和倾斜。
• 模拟仪表复制：创建一个物理仪表盘（如速度表或温度表），根据传感器数据移动，电位器可作为手动覆盖或校准工具。
• 互动艺术装置：创建响应观众输入的动态雕塑，转动拨盘即可改变运动部件的位置。
• 模型车转向控制：远程控制模型车或船的转向角度，提供比数字按钮更直观、更模拟的操控体验。

本指南基于Robojax的视频教程第86课：使用电位器控制舵机位置（视频中00:00处）。它将引导你完成整个过程，从理解接线到解释使其工作的代码。让我们开始吧。

硬件与组件

要跟随本项目操作，你需要以下组件：

• 一块Arduino开发板（例如Uno、Nano）
• 一个标准舵机（例如SG90或MG996R）
• 一个电位器（可变电阻，通常为10kΩ）
• 跳线
• 面包板（可选，便于连接）

理解接线

本项目的接线很简单。关键是为舵机和电位器提供正确的电源和信号连接。舵机是功耗较高的设备，因此它直接从Arduino的5V引脚获取电源。电位器充当分压器，我们读取其滑臂（中间引脚）上的电压来确定其位置。（视频中01:05处）

本项目使用的一个巧妙技巧是在数字引脚上创建额外的5V电源来为电位器供电，因为某些Arduino板只有一个专用的5V引脚。这通过在代码中将数字引脚（引脚8）设置为HIGH来实现，该引脚会输出5V。（视频中00:39处）

以下是视频中提到的接线图：

让我们分解一下连接：

• 舵机：
  • 电源（红线）→ Arduino 5V引脚
  • 地线（棕/黑线）→ Arduino GND引脚
  • 信号线（橙/黄线）→ Arduino引脚3（支持PWM的引脚）
• 电位器：
  • 左侧引脚→ Arduino GND引脚
  • 中间引脚（滑臂）→ Arduino模拟引脚A0
  • 右侧引脚→ Arduino引脚8（在代码中定义为VCC2）

代码解释

本项目的代码非常简洁。它利用了几个关键的Arduino函数来读取电位器并控制舵机。让我们重点关注你可以根据自己的项目进行调整的用户可配置部分。（视频中03:00处）

在代码顶部，你将定义引脚并创建舵机对象。这些是你根据接线情况需要更改的主要变量：

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // 创建舵机对象以控制舵机

int potpin = A0;  // 用于连接电位器的模拟引脚
int servoPin = 3; // 定义舵机的数字引脚（带PWM）。只能使用引脚3、5、6、9、10、11
int VCC2 = 8;// 为电位器定义额外的VCC
int val;    // 用于读取模拟引脚值的变量

以下是各部分的作用：

• Servo myservo;：此行创建一个名为myservo的对象，我们将使用它来控制特定的舵机。你可以重命名它，但必须在代码后面使用相同的名称。
• int potpin = A0;：这定义了电位器滑臂连接的模拟引脚。如果将线移到不同的模拟引脚，必须更新此编号。
• int servoPin = 3;：这设置了舵机信号线的数字引脚。使用支持PWM的引脚（通常是板上标有'~'的引脚）至关重要。注释列出了大多数Arduino板的有效引脚。
• int VCC2 = 8;：这是我们用作电位器辅助5V电源的引脚。如果你的板有多个5V引脚，可以直接连接并删除这部分代码。

在setup()函数中，代码初始化了舵机并设置了额外的电源引脚。myservo.attach(servoPin)函数至关重要，因为它告诉Arduino哪个引脚连接到了舵机的信号线。

void setup() {
  Serial.begin(9600);          //  设置串口
  myservo.attach(servoPin);  // 将舵机连接到引脚3上的舵机对象

  pinMode(VCC2, OUTPUT);// 将引脚8设置为输出
  digitalWrite(VCC2, HIGH);// 将引脚8设为高电平，使其充当5V引脚
}

核心逻辑在loop()函数中。它读取电位器的值，将其缩放为角度，并命令舵机移动。这里两个关键函数是analogRead()和map()。（视频中04:27处）

void loop() {
  val = analogRead(potpin);            // 读取电位器的值（介于0和1023之间）
  val = map(val, 0, 1023, 0, 180);     // 缩放以用于舵机（介于0和180之间）
  myservo.write(val);                  // 根据缩放后的值设置舵机位置
  Serial.print(val);
  Serial.println();
  delay(50);                           // 等待舵机到达目标位置
}

工作原理如下：

• analogRead(potpin)：此函数读取电位器滑臂上的电压，并返回介于0（0V）和1023（5V）之间的值。
• map(val, 0, 1023, 0, 180)：这是整个项目的关键。它将电位器的原始值（0到1023）按比例转换为舵机角度（0到180度）。例如，如果电位器读数为511（大约一半），map()函数将返回90，使舵机移动到其中心位置。
• myservo.write(val)：此函数接收计算出的角度（现在存储在val中），并告诉舵机旋转到该位置。
• delay(50)：这在每次循环结束时添加一个小暂停。它控制更新速率。较大的延迟（如200毫秒）会使舵机逐步移动，而较小的延迟（如50毫秒）会使运动非常平滑。您可以调整此值来改变响应速度。（视频中07:26处）

项目现场演示

在视频中，您可以看到项目的实际运行情况。当电位器旋钮转动时，舵机电机的手臂会按比例跟随其位置。串口监视器打印当前角度，确认映射工作正常。当电位器处于最小位置时，舵机位于0度。当您将旋钮转到最大位置时，舵机会平滑旋转到180度。（视频中06:33处）

这种实时反馈回路展示了模拟传感器与数字执行器的无缝集成，创建了一个响应迅速且直观的控制系统。

章节

• [00:00] 介绍与项目概述
• [01:05] 原理图与接线图
• [02:07] 物理接线演示
• [03:00] 代码解释
• [06:33] 现场演示与测试
• [07:26] 调整舵机响应速度

图像

Arduino wiring or servo motor with pot

SG90_servo_motor-1

SG90_servo_motor-0

Arduino wiring or servo motor with pot

SG90_servo_motor-1

SG90_servo_motor-0

/*
 * Lesson 88: Controlling Servo motor a with Potentiometer
 * 📚⬇️ Download and resource page https://robojax.com/RJT763
 watch full video tutroial: https://www.youtube.com/watch?v=ntRW77mNFFk
 
 Controlling a servo position using a potentiometer (variable resistor)
 by Michal Rinott <http://people.interaction-ivrea.it/m.rinott>

 modified on 8 Nov 2013
 by Scott Fitzgerald
 http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Knob

 Update by Ahmad Shamshiri on Jan 01, 2019  in Ajax, Ontario, Canada


*/

#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

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
}

void loop() {
  
  val = analogRead(potpin);            // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
  val = map(val, 0, 1023, 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();
  delay(50);                           // waits for the servo to get there
}