Anleitung zum Anschluss des Pi-Servo-Hut

Einführung

Mit dem SparkFun Pi Servo Hat kann Ihr Raspberry Pi bis zu 16 Servomotoren über eine I2C-Verbindung steuern. Dadurch wird GPIO gespart und Sie können das Onboard-GPIO für andere Zwecke verwenden. Darüber hinaus fügt das Pi Servo Shield eine serielle Terminalverbindung hinzu, mit der Sie einen Raspberry Pi aufrufen können, ohne ihn an einen Monitor und eine Tastatur anschließen zu müssen.

Erforderliche Materialien

Hier ist, was Sie zusammen mit diesem Tutorial befolgen müssen. Wir empfehlen den Kauf einer leeren microSD-Karte anstelle einer NOOBS-Ready-Karte, da die NOOBS-Ready-Karten möglicherweise nicht über ein ausreichend neues Betriebssystem verfügen, um den Pi Zero W zu unterstützen.

Kopfzeilen wegbrechen – gerade

Wandadapter-Netzteil – 5,1 V DC 2,5 A (USB Micro-B)

microSD-Karte mit Adapter – 16 GB (Klasse 10)

Raspberry Pi GPIO Tall Header – 2×20

Raspberry Pi Zero W

SparkFun Pi Servo HAT

Außerdem benötigen Sie eine Art Servomotor, um die Einrichtung zu testen. Testen Sie die Beispiele, die später in der Anleitung bereitgestellt werden, zuerst mit dem generischen Sub-Mikro-Servo.

Servo – Generisch (Sub-Mikrogröße)

Erforderliche Werkzeuge

Für diese Produktmontage sind keine Spezialwerkzeuge erforderlich. Sie benötigen einen Lötkolben, Lötzinn und allgemeines Lötzubehör.

Bleifreies Löten – 15-Gramm-Röhre

Lötkolben – 30W (US, 110V)

Hardware-Übersicht

Es gibt nur wenige interessante Gegenstände auf dem Board, da es sich um einen Hut handelt, der so konzipiert ist, dass er nur minimal schwierig zu bedienen ist.

USB-Micro-B-Anschluss – Dieser Anschluss kann verwendet werden, um nur die Servomotoren oder die Servomotoren sowie den mit dem Hut verbundenen Pi mit Strom zu versorgen. Es kann auch verwendet werden, um eine Verbindung zum Pi über eine serielle Portverbindung herzustellen, um zu vermeiden, dass ein Monitor und eine Tastatur zum Einrichten des Pi verwendet werden müssen.

Stromversorgungs-Isolations-Jumper – Dieser Jumper kann gelöscht werden (er ist standardmäßig geschlossen), um die Servo-Stromschiene von der Pi 5V-Stromschiene zu isolieren. Warum willst du das tun? Bei mehreren Servos oder stark belasteten großen Servos kann das von den Servomotoren auf der Stromversorgungsschiene erzeugte Rauschen zu einem ungewollten Betrieb im Pi bis hin zu einem kompletten Reset oder Shutdown führen. Beachten Sie, dass die serielle Schnittstelle unabhängig vom Status dieses Jumpers funktioniert, solange der Pi mit Strom versorgt wird.

Servomotor-Stiftleisten – Diese Stiftleisten sind beabstandet, um das Anbringen von Servomotoren zu erleichtern. Sie sind in der richtigen Reihenfolge für die meisten Hobby-Servomotor-Anschlüsse angebracht.

Hardware-Montage

Wir empfehlen, die Stiftleisten an den Pi Zero W anzulöten.

Mein Lieblingstrick für diese Art von Situation besteht darin, einen Stift anzulöten, dann das Lötmittel auf diesem Stift mit dem Bügeleisen in meiner rechten Hand zu schmelzen und mit der linken Hand den Header einzustellen, bis er flach sitzt, wie unten gezeigt. Achten Sie darauf, dass Sie mit der kürzeren Seite des Headers löten und die längeren Pins auf der Komponentenseite sind. Nachdem Sie einen Pin befestigt haben, löten Sie alle Pins bis zum Pi Zero W.

Wiederholen Sie die Schritte mit der Buchsenleiste und dem Pi Servo Hat.

Stellen Sie sicher, dass Sie die kurzen Pins von der Unterseite der Platine einsetzen und Lötzinn auf der Komponentenseite hinzufügen, damit der Pi Servo Hat oben auf den Stiftleisten des Pi Zero W stapelt. Sie müssen auch sicherstellen, dass der Header gerade sitzt, bevor Sie alle Pins verlöten.

Nachdem die Header gelötet wurden, stapeln Sie den Pi Servo Hat auf dem Pi Zero W. Schließen Sie dann ein Hobby-Servo an einen Kanal „0“ an, basierend auf dem von Ihnen verwendeten Servo. Sehen Sie sich das Datenblatt des Hobby-Servos an oder beziehen Sie sich auf einige der in dieser Anleitung aufgeführten Standard-Servoanschluss-Pinbelegungen. Mit einem ausreichenden 5-V-Wandadapter können wir den Pi Zero W mit Strom versorgen. Stecken Sie den Wandadapter in eine Steckdose, um ihn mit Strom zu versorgen, und verbinden Sie den Micro-B-Anschluss mit der Bezeichnung „PWR IN“ am Pi Zero W.

Software – Python

Wir werden hier detailliert darauf eingehen, wie Sie in Python auf den Pi-Servo-Hut zugreifen und ihn verwenden.

Der vollständige Beispielcode ist im GitHub-Repository des Produkts verfügbar.

Zugriff auf SMBus-Ressourcen einrichten

Erster Punkt:Bei den meisten Interaktionen auf Betriebssystemebene ist die I ² Der C-Bus wird als SMBus bezeichnet. So erhalten wir unsere ersten Codezeilen. Dadurch wird das smbus-Modul importiert, ein Objekt vom Typ SMBus erstellt und an Bus „1“ der verschiedenen SMBuses des Pi angehängt.
smbus importieren
bus =smbus.SMBus(1)

Wir müssen dem Programm die Adresse des Teils mitteilen. Standardmäßig ist es 0x40, also setzen Sie eine Variable für die spätere Verwendung darauf.

addr =0x40

Als Nächstes möchten wir den PWM-Chip aktivieren und ihm sagen, dass er die Adressen nach einem Schreibvorgang automatisch inkrementieren soll (dadurch können wir Multi-Byte-Schreibvorgänge in Einzeloperationen durchführen).

bus.write_byte_data(addr, 0, 0x20)bus.write_byte_data(addr, 0xfe, 0x1e)

Werte in die PWM-Register schreiben

Das ist alles, was gemacht werden muss. Von hier an können wir Daten auf den PWM-Chip schreiben und erwarten, dass er reagiert. Hier ist ein Beispiel.

bus.write_word_data(addr, 0x06, 0)bus.write_word_data(addr, 0x08, 1250)

Der erste Schreibvorgang erfolgt in das „Startzeit“-Register für Kanal 0. Standardmäßig beträgt die PWM-Frequenz des Chips 200 Hz oder einen Impuls alle 5 ms. Das Startzeitregister bestimmt, wann der Impuls im 5-ms-Zyklus hoch geht. Alle Kanäle sind auf diesen Zyklus synchronisiert. Im Allgemeinen sollte dies auf 0 geschrieben werden. Der zweite Schreibvorgang erfolgt in das „Stoppzeit“-Register und steuert, wann der Impuls niedrig werden soll. Der Bereich für diesen Wert reicht von 0 bis 4095, und jede Zählung repräsentiert einen Abschnitt dieser 5 ms-Periode (5 ms/4095) oder etwa 1,2 us. Somit repräsentiert der oben geschriebene Wert von 1250 ungefähr 1,5 ms High-Time pro 5 ms-Periode.

Servomotoren erhalten ihr Steuersignal aus dieser Impulsbreite. Im Allgemeinen ergibt eine Impulsbreite von 1,5 ms eine „neutrale“ Position, auf halbem Weg zwischen den Extremen des Motorbereichs. 1,0 ms ergibt ungefähr 90 Grad von der Mitte und 2,0 ms ergibt -90 Grad von der Mitte. In der Praxis können diese Werte etwas mehr oder weniger als 90 Grad betragen, und der Motor kann sich in beide Richtungen etwas mehr oder weniger als 90 Grad bewegen.

Um andere Kanäle zu adressieren, erhöhen Sie einfach die Adresse der beiden obigen Register um 4. Somit ist die Startzeit für Kanal 1 0x0A, für Kanal 2 ist 0x0E, Kanal 3 ist 0x12 usw. und die Stoppzeit-Adresse für Kanal 1 ist 0x0C, für Kanal 2 ist 0x10, Kanal 3 ist 0x14 usw. Siehe die Tabelle unten.

Kanal #	Startadresse	Halteadresse
Ch 0	0x06	0x08
Kanal 1	0x0A	0x0C
Ch 2	0x0E	0x10
Ch 3	0x12	0x14
Kanal 4	0x16	0x18
Ch 5	0x1A	0x1C
Ch 6	0x1E	0x20
Ch 7	0x22	0x24
Ch 8	0x26	0x28
Ch 9	0x2A	0x2C
Ch 10	0x2E	0x30
Ch 11	0x32	0x34
Kanal 12	0x36	0x38
Kanal 13	0x3A	0x3C
Kanal 14	0x3E	0x40
Kanal 15	0x42	0x44

Wenn Sie eine 0 in die Startadresse schreiben, erfordert jeder Grad des Versatzes von 90 Grad 4,6 Zähler, die an die Stoppadresse geschrieben werden. Mit anderen Worten, multiplizieren Sie die Anzahl der Grade, die Sie vom Neutralpunkt erreichen möchten, mit 4,6 und addieren oder subtrahieren Sie dann das Ergebnis von 1250, je nach gewünschter Bewegungsrichtung. Ein 45-Grad-Versatz von der Mitte wäre beispielsweise 207 (45×4,6) zählt entweder mehr oder weniger als 1250, je nachdem, in welche Richtung die Bewegung erfolgen soll.

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Pi Servo Hat Anschlussanleitung