Umfassender Pi Servo Hat Setup: Hardware, Verdrahtung und Python-Steuerung

Einführung

Der SparkFun Pi Servo Hat erweitert die Fähigkeiten eines Raspberry Pi und ermöglicht die Steuerung von bis zu 16 Hobbyservos über einen I²C-Bus. Durch das Auslagern der Servo-Stromversorgung und -Kommunikation auf den Hat bleiben die GPIO-Pins des Pi für andere Projekte frei, und Sie erhalten eine praktische serielle Konsole für headless Setup.

Benötigte Materialien

Für diese Anleitung benötigen Sie folgende Komponenten. Wir empfehlen eine leere microSD-Karte statt einer NOOBS-Karte, da neuere OS-Images für Pi Zero W Unterstützung erforderlich sind.

• Break Away Headers – Gerade
• Wand-Netzteil – 5,1 V DC 2,5 A (USB Micro-B)
• microSD-Karte mit Adapter – 16 GB (Class 10)
• Raspberry Pi GPIO Tall Header – 2×20
• Raspberry Pi Zero W
• SparkFun Pi Servo HAT
• Hobbyservo zum Testen (generischer Sub-Micro-Servo als guter Startpunkt)

Benötigte Werkzeuge

Keine Spezialausrüstung nötig, nur grundlegende Lötausrüstung. Für beste Ergebnisse: 30 W Lötkolben und bleifreies Lot.

• Bleifreies Lot – 15 g Tube
• Lötkolben – 30 W (US, 110 V)

Hardware-Übersicht

Der Hat ist bewusst einfach gehalten. Wichtige Komponenten:

• USB Micro-B Anschluss – Versorgt Servos mit 5 V und kann auch den Pi mit Strom versorgen. Bietet zudem eine serielle Konsole für Konfiguration ohne Monitor.
• Power-Isolation-Jumper – Standardmäßig geschlossen, verbindet Servo-Schiene mit Pi's 5-V-Schiene. Öffnen, wenn mehrere stromhungrige Servos betrieben werden, um Rauschen zu vermeiden, das den Pi zurücksetzen könnte.
• Servo-Header – 16 Pins im 0,1-Zoll-Raster, vorkonfiguriert für Standard-Hobbyservo-Stecker.

Hardware-Zusammenbau

Wir empfehlen, zuerst die männlichen Header auf den Pi Zero W zu löten, dann den Pi Servo Hat aufzustecken. Schnelle Technik:

1. Einen einzelnen Pin auf der Platine verlöten.
2. Während das Lot noch heiß ist, die Platine kippen, damit der Pin flach liegt, dann den Header fixieren.
3. Restliche Pins verlöten.

Diesen Vorgang mit dem weiblichen Header und dem Pi Servo Hat wiederholen, wobei die kurzen Pins von der Unterseite der Platine eingeführt werden. Header vor dem Fertigstellen der Lötstellen waagerecht halten.

Nach dem Zusammenbau den Hat auf den Pi Zero W stecken. Ein Hobbyservo an Kanal 0 anschließen (Pinout laut Servo-Datenblatt). 5-V-Wandadapter nutzen, um Pi und Hat über den USB Micro-B Anschluss PWR IN zu versorgen.

Software – Python

Der PWM-Controller des Hats ist ein I²C-Gerät, üblicherweise über SMBus angesprochen. Vollständiger Beispielcode im GitHub-Repository des Produkts.

SMBus initialisieren

import smbus
bus = smbus.SMBus(1)  # I2C Bus 1 auf Raspberry Pi
addr = 0x40  # Standard I2C-Adresse des PWM-Chips

PWM-Chip konfigurieren

bus.write_byte_data(addr, 0x00, 0x20)  # PWM-Modul aktivieren
bus.write_byte_data(addr, 0xFE, 0x1E)  # Auto-Inkrement Register-Adressen

Pulsweite für Kanal 0 setzen

bus.write_word_data(addr, 0x06, 0)     # Startzeit (immer 0 für 200 Hz)
bus.write_word_data(addr, 0x08, 1250)  # Stoppzeit → 1,5 ms Puls

Der PWM-Chip läuft mit 200 Hz (5 ms Periode). Das Stopp-Register (0–4095) entspricht 1,2 µs Schritten, somit ist 1250 ≈ 1,5 ms, die Neutrallage für die meisten Servos.

Für andere Kanäle addieren Sie 4 zu den Register-Adressen:

Jeder Grad Bewegung erfordert 4,6 Register-Counts. Beispiel: 45° Versatz von Neutral sind 207 Counts (45 × 4,6), addiert oder subtrahiert von 1250 für die gewünschte Pulsweite.

Für detailliertere Beispiele besuchen Sie das GitHub-Repo und erkunden Sie die enthaltenen Python-Skripte.

Pi Servo Hat Hookup Guide