PCA9685舵机控制板与MicroPython-ESP32-1

2018-08-11 本文已影响1187人 1Z实验室阿凯

概要

阿凯在本文中讲解了如何使用MicroPython-ESP32通过PCA9685模块控制舵机旋转角度。同时也涉及到了MicroPython-ESP32的I2C资源与API讲解。

出品：1Z实验室（1ZLAB： Make Things Easy）

PCA9685模块简介

pca9685.jpg

问题1：为什么我们要用到舵机驱动模块？

工作电压 首先ESP32的工作电压是3.3v，不能直接驱动额定电压在5v-7.4v的数字舵机，需要外接电源。
工作电流 舵机工作电流在100MA~1.5A,运动越快电流越大，可能会损伤USB口.
IO资源 一般的开发板IO资源有限，例如控制一个6DOF的机械臂，需要占用六个IO口，如果是蛛形机器人的话需要用的也就更多，所以使用舵机驱动板是一种节省IO资源的方式。

问题2：什么是PCA9685？

PCA9685是一款基于IIC总线通信的12位精度16通道PWM波输出的芯片，该芯片最初由NXP推出时主要面向LED开关调光，但就目前国内的形式来看，好像在被Arduino在舵机控制领域使用的更广泛。 stm32+pca9685控制舵机机械臂

问题3：单片机与PCA9685如何通信？

pca9685-cascade.jpg

PCA9685模块与单片机通过I2C总线的方式进行通信。

I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

每个PCA9685都可以分配一个地址位,通过I2C接口，一个单片机可以控制最多64个PCA9685舵机控制板。每个舵机控制板上可以搭载16个舵机。
详细的使用说明见奇果派工坊的这篇文章，写的很详细。

16路PWM舵机驱动板（PCA9685）的使用说明-奇果派工坊

MicroPython驱动PCA9685

Adafruit公司开源了MicroPython控制PCA9685模块的工程：
micropython-adafruit-pca9685
这里我们需要用到这个工程里面的两个文件：

同时还有对应的开发文档：
micropython-adafruit-pca9685开发文档

其中关于舵机驱动的API看这里：Servo Driver

MicroPython-ESP32驱动PCA9685

上传库文件

接下来讲MicroPython-ESP32与PCA9685。
首先将micropython-adafruit-pca9685中的pca9685.py与servo.py保存到本地，并通过ampy上传到ESP32的文件系统中。

创建一个I2C对象

在ESP32里面可以自定义引脚为I2C接口，支持I2C的管脚编号为：

0, 2, 4, 5, 9, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 25, 26, 27

0号管脚还有2号管脚比较特殊，不推荐使用。

这里我们使用25号引脚作为SCL引脚(串行时钟线)，26号引脚为SDA(串行数据线)引脚。

连接方式

GND -> ESP32的GND （外接电源与ESP32共地）
SCL -> ESP32 D25
SDA -> ESP32 D26
VCC -> ESP32 3.3V
V+ -> 5v外接电源

代码片段

from machine import I2C,Pin
gpio_scl = 25
gpio_sda = 26

# 初始化I2C
scl_pin = Pin(gpio_scl)
sda_pin = Pin(gpio_sda)
i2c = I2C(scl=scl_pin, sda = sda_pin, freq=10000) # 创建I2C实例

其中SCL时钟频率支持范围 0 < freq ≤ 500000(Hz)

创建Servos对象

从之前的servo.py引入Servos对象，注意不是MicroPython自带的Servo.
实例化的时候，传入我们上面创建的I2C对象，同时指定当前PCA9685模块的地址，默认是0x40, 你也可以通过焊接PCA9685模块上面的焊点修改地址编号。

from servo import Servos
servos = Servos(i2c, address=0x40)

控制舵机的角度

设定舵机控制板上的舵机编号servo_idx，有效范围为1-16
另外设置舵机舵机的角度degree。

TODO 查看源码确认degree的范围

servos.position(servo_idx, degrees=degree)

项目实战

项目实战请看二自由度云台人脸追踪-MicroPython-ESP32+OpenCV

face-track.png

参考文章

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