BPI-CanMV-K230D-Zero的舵机云台的操控实现
本帖最后由 jinglixixi 于 2025-7-1 12:41 编辑#申请原创#
@21小跑堂
对于BPI-CanMV-K230D-Zero开发板来讲，其主要的应用方向是视觉识别处理。而在视觉处理方面，除了AI方面的处理，也离不开辅助工具的配合，即常言所说红花还需绿叶配。舵机云台就是这样的绿叶，它可以帮助摄像头进行大范围的摆动，从而运行地扩展摄像头的视野，使处理的对象更多样，也更全面。
1. 舵机云台
舵机云台是一种由舵机和相应的机械结构所组成，见图1所示。由于它配有2个舵机，故可对水平方向和垂直方向的两个维度进行转动。
图1 舵机云台
对于舵机来讲它是一种位置伺服性驱动器，主要适用于需要对角度进行调节的变化环境。其工作原理是：控制信号由接收机的输入通道进入信号调制芯片，从而获得直流偏置电压。因其内部有一个基准电路，可产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号。经直流偏置电压与电位器的电位比较，从而获得电压差的输出。在该电压差的正负输出到达电机驱动芯片后，就决定了电机的正反转。在电机转速一定时，通过级联减速齿轮可带动电位器旋转，使得电压差为0，来使电机停止转动而获得相应的摆角。
对于不同的舵机来讲，有着不同的角度范围，如90、180及360度。
对于180度的舵机，其导通时间与摆角的关系为：
0.5ms----------------0度
1ms -----------------45度
1.5ms----------------90度
2ms -----------------135度
2.5ms ---------------180度
由于舵机的工作周期为20ms，换算成频率来说就50Hz。
通过对PWM占空比的调节，就可产生相应的摆角。
2. PWM调节
对于PWM脉冲来讲，它是由BPI-CanMV-K230D-Zero开发板来提供，其程序的基本框架为：
from machine import PWM
from machine import FPIOA
# 实例化FPIOA
fpioa = FPIOA()
# 设置PIN60为PWM通道0
fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)
# 实例化PWM通道0，频率为50Hz，占空比可调x: 2 ~ 13，默认使能输出
x=2
pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)
# 关闭通道0输出
pwm0.enable(0)
# 调整通道0频率为50Hz
pwm0.freq(50)
# 调整通道0占空比为40%
pwm0.duty(40)
# 打开通道0输出在不同的占空比下，舵机的摆角会处于不同的状态。
3. 五向导航按键模块
为在良好的随动情况下，控制云台的摆动，可采用五向导航按键模块来进行人机交互，即通过左右键来控制水平方向的摆动控制；而上下键则控制垂直方向的摆动控制；中心键则是让云台复位到中心位置。在摆动控制过程中，每触动一次按键，就会发出一个沿转动方向的摆角移动脉冲。
向导航按键模块的外观如图2所示，相应引脚的作用见图3所示。
图2 五向导航按键模块
图3引脚作用
图4 器件连接
在BPI-CanMV-K230D-Zero开发板上，实现云台的随动性操控。
1）按键状态检测
五向导航按键模块的引脚连接关系为：
LEF------GPIO3
RHT------GPIO4
UP ------GPIO5
DWN------GPIO6
MID------GPIO2
将所用引脚设置为输入模式的语句为：
fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)
Pin1 = Pin(3,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //L
fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)
Pin2 = Pin(4,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //R
fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)
Pin3 = Pin(5,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //U
fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)
Pin4 = Pin(6,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //D
fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)
Pin4 = Pin(2,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //M
print(pin1.value())
2）占空比调节与舵机控制
实现键控舵机运动的程序为：
from machine import Pin
from machine import FPIOA
from machine import PWM
import time
# 实例化FPIOA
fpioa = FPIOA()
# 设置Pin2为GPIO2
# 设置Pin6为GPIO6
fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)
fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)
fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)
fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)
fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)
# 实例化Pin2~Pin6为输入
key1 = Pin(3, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
key2 = Pin(4, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
key3 = Pin(5, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
key4 = Pin(6, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
key5 = Pin(2, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
H=0
V=0
fpioa = FPIOA()
# 设置PIN60为PWM通道0
fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)
# 设置PIN61为PWM通道1
fpioa.set_function(61, fpioa.PWM1)
# 实例化PWM通道0，频率为50Hz，占空比可调x: 2 ~ 13，默认使能输出
x=2
pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)
pwm1 = PWM(1, 50, x, enable = True)
def mov_h(n) :
# 关闭通道0输出
pwm0.enable(0)
# 调整通道0占空比为n%
pwm0.duty(n)
# 打开通道0输出
pwm0.enable(1)
def mov_v(m) :
# 关闭通道1输出
pwm1.enable(0)
# 调整通道0占空比为m%
pwm1.duty(m)
# 打开通道0输出
pwm1.enable(1)
while True:
ifkey1.value()==0 :
print("k1=",key1.value())
if H<13 :
H=H+1
print(H)
mov_h(H)
ifkey2.value()==0 :
print("k2=",key2.value())
if H>3 :
H=H-1
print(H)
mov_h(H)
ifkey3.value()==0 :
print("k3=",key3.value())
if V<13 :
V=V+1
print(V)
mov_v(V)
ifkey4.value()==0 :
print("k4=",key4.value())
if V>3 :
V=V-1
print(V)
mov_v(V)
ifkey5.value()==0 :
print("k5=",key5.value())
H=8
V=8
print(H)
print(V)
mov_h(H)
mov_v(V)
time.sleep(0.5)
经测试，键控操作下其输出信息如图5所示，说明按键的判别处理是正确的。
图5 输出信息
图6 运行状态
该云台控制程序，除适用于云台控制外，也适用于基于舵机驱动的各种机械臂、麦克纳姆轮
智能车方向控制和调速等，其用途是非常广泛的。
演示视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1UHgUzZE2w/?vd_source=f302fc0cc3a0425328db53a3b92082ca
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