[python] BPI-CanMV-K230D-Zero的舵机云台的操控实现

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：

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1. from machine import PWM
2. from machine import FPIOA
3. # 实例化FPIOA
4. fpioa = FPIOA()
5. # 设置PIN60为PWM通道0
6. fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)
7. # 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
8. x=2
9. pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)
10. # 关闭通道0输出
11. pwm0.enable(0)
12. # 调整通道0频率为50Hz
13. pwm0.freq(50)
14. # 调整通道0占空比为40%
15. pwm0.duty(40)
16. # 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：

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1. fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)
2. Pin1 = Pin(3,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //L
3. fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)
4. Pin2 = Pin(4,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //R
5. fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)
6. Pin3 = Pin(5,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //U
7. fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)
8. Pin4 = Pin(6,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //D
9. fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)
10. Pin4 = Pin(2,Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7) //M
11. 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：

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1. from machine import Pin
2. from machine import FPIOA
3. from machine import PWM
4. import time
5. # 实例化FPIOA
6. fpioa = FPIOA()
7. # 设置Pin2为GPIO2
8. # 设置Pin6为GPIO6
9. fpioa.set_function(3, FPIOA.GPIO3)
10. fpioa.set_function(4, FPIOA.GPIO4)
11. fpioa.set_function(5, FPIOA.GPIO5)
12. fpioa.set_function(6, FPIOA.GPIO6)
13. fpioa.set_function(2, FPIOA.GPIO2)
14. # 实例化Pin2~Pin6为输入
15. key1 = Pin(3, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
16. key2 = Pin(4, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
17. key3 = Pin(5, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
18. key4 = Pin(6, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
19. key5 = Pin(2, Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP, drive=7)
20. H=0
21. V=0
22. fpioa = FPIOA()
23. # 设置PIN60为PWM通道0
24. fpioa.set_function(60, fpioa.PWM0)
25. # 设置PIN61为PWM通道1
26. fpioa.set_function(61, fpioa.PWM1)
27. # 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
28. x=2
29. pwm0 = PWM(0, 50, x, enable = True)
30. pwm1 = PWM(1, 50, x, enable = True)
31. def mov_h(n) :
32. # 关闭通道0输出
33. pwm0.enable(0)
34. # 调整通道0占空比为n%
35. pwm0.duty(n)
36. # 打开通道0输出
37. pwm0.enable(1)
38. def mov_v(m) :
39. # 关闭通道1输出
40. pwm1.enable(0)
41. # 调整通道0占空比为m%
42. pwm1.duty(m)
43. # 打开通道0输出
44. pwm1.enable(1)
45. while True:
46. if key1.value()==0 :
47. print("k1=",key1.value())
48. if H<13 :
49. H=H+1
50. print(H)
51. mov_h(H)
52. if key2.value()==0 :
53. print("k2=",key2.value())
54. if H>3 :
55. H=H-1
56. print(H)
57. mov_h(H)
58. if key3.value()==0 :
59. print("k3=",key3.value())
60. if V<13 :
61. V=V+1
62. print(V)
63. mov_v(V)
64. if key4.value()==0 :
65. print("k4=",key4.value())
66. if V>3 :
67. V=V-1
68. print(V)
69. mov_v(V)
70. if key5.value()==0 :
71. print("k5=",key5.value())
72. H=8
73. V=8
74. print(H)
75. print(V)
76. mov_h(H)
77. mov_v(V)
78. 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：

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作者：jinglixixi
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