MicroPython for ESP32 舵机控制详解
一、什么是舵机
舵机其实是一种伺服马达，是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。
目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。
我们常见的舵机有180度及360度舵机，两种舵机的驱动略有不同。
二、180度舵机与360度舵机的核心区别
一）、转动范围与功能定位
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180度舵机
- 角度控制：可精确旋转到 0°~180° 范围内任意指定角度，通过 PWM 脉宽直接映射目标位置。
- 应用场景：适用于需要精准定位的场景（如机械臂关节、摄像头云台）。
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360度舵机
- 连续旋转：支持 无限制全周旋转，通过 PWM 信号控制 旋转方向与速度，而非固定角度。
- 应用场景：适合需持续运动的场景（如轮式机器人驱动、传送带控制）
二）、 控制信号与响应逻辑
| 参数 | 180舵机 | 360舵机 |
| PWM脉宽范围 | 0.5ms - 2.5ms | 0.5ms - 2.5ms |
| 线性对应0° - 180° | 0.5ms 正转最大速度 | |
| 1.5ms停止 | ||
| 2.5ms反转最大速度 | ||
| 信号持续需求 | 需持续发送PWM信号以维持角度 | 仅需单次信号即可维持运动状态 |
三）、硬件设计与控制特性
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闭环控制机制
- 180度舵机：内置电位器反馈，形成角度闭环控制，确保位置精度。
- 360度舵机：通过编码器或电流检测实现速度闭环，稳定转速但无法定位。
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机械结构差异
- 限位设计：180度舵机内置机械限位防止超范围转动，360度舵机无物理限位。
- 扭矩特性：180度舵机通常扭矩更大（如 SG90 约 1.8kg·cm），适合负载定位；360度舵机更注重转速调节
三、舵机工作原理与控制方法
接下来我们以SG90 180度舵机为例讲解舵机工作原理与控制方法。
一）、工作原理
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基准电压与信号调制
- SG90舵机内部设有基准电压，当外部PWM信号输入后，控制电路将信号与基准电压比较，生成直流偏置电压。
- 电压差通过电机驱动芯片驱动电机正转或反转，同时带动电位器旋转，直至电压差归零，电机停止转动，形成闭环反馈控制。
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PWM信号的作用
- 舵机通过接收周期为20ms（频率50Hz）的PWM信号控制角度。
- 脉冲宽度在0.5ms~2.5ms范围内变化，对应舵机输出轴0°~180°的旋转角度。
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核心组件协作
- 电位器：实时检测舵机位置并反馈至控制电路。
- 减速齿轮组：降低电机转速并提升扭矩，确保角度控制的精准性
二）、引脚定义
- 接线颜色与功能：
- 红色：电源正极（VCC，4.8~6V）
- 棕色：地线（GND）
- 橙色/黄色：PWM 信号输入（SIG）
- 线长：32cm（标准 JR 插头）
三）、与ESP32C3连接方法：
| SG90 | ESP32 |
| 红色 | 5V VCC |
| 棕色 | GND |
| 橙色/黄色 | GPIO2 |
四）、控制方法
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PWM信号参数要求
参数 数值/范围 周期 20ms（50Hz） 有效脉宽 0.5ms~2.5ms 角度分辨率 约0.9°~1.0°/μs -
典型角度与脉宽对应关系
角度 脉宽（ms） 0° 0.5 90° 1.5 180° 2.5
四、控制代码
通过前面的讲解，如何控制SG90舵机，相信大家都非常清楚了，直接上代码：
from machine import Pin,PWM
import timeservo = PWM(Pin(2),freq=50)def set_angle(angle):min_duty = 36max_duty = 140duty = int(min_duty + (max_duty - min_duty) *(angle / 180))servo.duty(duty)while True:for angle in range(0,181,10):set_angle(0)time.sleep_ms(200)for angle in range(180,-1,-10):set_angle(180)time.sleep_ms(200)五、校准舵机的角度
运行上面的代码，舵机确实转动起来了，但很多时候，我们会发现，舵机的角度不对，这就需要我们校正舵机的角度。
舵机角度的校正，很多时候需要重复多次进行，需要一点点耐心。
1. 硬件基础检查
- 确保舵机接线正确（信号线→GPIO、电源线→5V、地线→GND），避免因接触不良或供电不足导致角度偏移。
2. 校准参数调整
舵机角度校准需通过调整 PWM占空比范围 实现，关键参数为 min_duty（对应0°）和 max_duty（对应180°）：
- 默认参数：
若实际角度与设定角度偏差较大，需逐步调整这两个值：min_duty = 40 # 0.5ms脉冲（对应0°） max_duty = 115 # 2.5ms脉冲（对应180°） - 手动测试：编写循环代码，逐步增大/减小占空比，观察舵机实际停止位置16。
- 公式修正：根据测试结果重新计算占空比范围，例如：
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duty = min_duty + (max_duty - min_duty) * (angle / 180)
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多次验证：重复测试0°和180°的极限位置，确保舵机不卡顿或抖动
3. 扩展校准技巧
- 电源干扰处理：若舵机抖动，需外接独立电源并确保GND共地。
- 机械限位调整：部分舵机可通过物理螺丝微调初始位置
4.校准代码
def calibrate(min_val,max_val):servo.duty(min_val)time.sleep(5)servo.duty(max_val)time.sleep(5)calibrate(36,140)
