物聯網系統中為什么要使用電機

物聯網系統中使用電機可以提高設備的智能化水平，實現遠程控制、自動化控制、故障診斷、預測維護等功能，從而提高生產效率、降低維護成本、提高生活質量。

物聯網系統中的電機應用方案通常涉及到電機控制、監測和維護等方面。以下是一些常見的物聯網電機應用方案：

1、智能家居：在智能家居中，物聯網電機可以用于控制窗簾、窗戶、門鎖等設備的開關。通過物聯網技術，可以實現遠程控制、定時控制、場景控制等功能，提高家居的智能化水平。

2、工業自動化：在工業自動化中，物聯網電機可以用于控制生產線、物流輸送線等設備的運行。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程監控、故障診斷、預測維護等功能，提高生產效率和降低維護成本。

3、智能交通：在智能交通中，物聯網電機可以用于控制信號燈、路燈、廣告牌等設備的開關。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程控制、自適應控制等功能，提高交通的安全性和效率。

4、智能農業：在智能農業中，物聯網電機可以用于控制灌溉系統、通風系統、遮陽系統等設備的運行。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程監控、自動化控制等功能，提高農業的生產效率和降低勞動成本。

本文會為大家詳解電機家族中的重要成員——舵機。

舵機的定義

首先，舵機”這個名號其實是一個俗稱，是那些玩航模、船模的人起的名字，因為這種電機常被用于舵面控制。舵機其實就是一個簡單的伺服電機系統，也是最常見的伺服電機系統。

舵機是一種位置（角度）伺服的驅動器，適用于需要角度不斷變化并可以保持的控制系統，由下殼、控制電路、電機、中殼、齒輪組、軸承以及上殼組成。舵機是一個閉環控制系統。控制電路板接收來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸與位置反饋電位計相連，舵盤轉動的同時帶動位 置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目標停止。

舵機的結構

類似舵機這樣的伺服系統通常由小型電動機，電位計，嵌入式控制系統和變速箱組成。電機輸出軸的位置由內部電位計不斷采樣測量，并與微控制器（例如STM32,Arduino）設置的目標位置進行比較；根據相應的偏差，控制設備會調整電機輸出軸的實際位置，使其與目標位置匹配。這樣就形成了閉環控制系統。

閉環系統

變速箱降低了電機的轉速，從而增加了輸出軸上的輸出扭矩。輸出軸的最大速度通常約為60 RPM。

具體結構如下圖所示；

內部結構

①：信號線：接收來自微控制器的控制信號；

②：電位器：可以測量輸出軸的位置量，屬于整個伺服機構的反饋部分；

③：內部控制器：處理來自外部控制的信號，驅動電機以及處理反饋的位置信號，是整個伺服機構的核心；

④：電機：作為執行機構，輸出多少轉速，轉矩，位置；

⑤：傳動機構/舵機系統：該機構根據一定傳動比，將電機輸出的行程縮放到最終輸出的角度上；

舵機的原理

舵機內部的控制電路接收來自信號線的PWM控制脈沖，控制電機旋轉，電機帶動減速齒輪組，最后傳動輸出至舵盤，進而使舵機轉動角度并保持。控制流程如下圖所示：

舵機內部基準電路產生了周期為20ms、脈寬為1.5ms的基準信號，其體現為反饋基準電壓Vref；

控制電路捕獲外部PWM控制信號，經處理后輸出一個直流偏置電壓Vin；

將直流偏置電壓Vin和反饋基準電壓Vref進行比較，輸出電壓差；

電壓差輸出到電機驅動芯片驅動電機，其中電壓差的正負決定電機的正反轉，壓差大小決定旋轉的角度，電壓差為0時，電機停止轉動；

特別注意：采集的控制信號主要是脈沖的寬度，要使舵機輸出軸角度發生變化，改變的是脈沖寬度（PWM控制時是控制占空比）

標準的舵機有3條導線，分別是：電源線（紅色）、地線 （黑色或棕色）、控制線（黃色）；

PWM信號由接收通道進入信號解調電路進行解調，獲得一個直流偏置電壓。直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差并輸出。該輸出送入電機驅動集成電路以驅動電機正反轉。當電機轉動時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，直到電壓差為O，電機停止轉動。

舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化，改變舵機的位置。

舵機的伺服系統由可變寬度的脈沖來進行控制，控制線是用來傳送脈沖的。脈沖的參數有最小值，最大值，和頻率。一般而言，舵機的基準信號都是周期為20ms，寬度為1.5ms。這個基準信號定義的位置為中間位置。舵機有最大轉動角度，中間位置的定義就是從這個位置到最大角度與最小角度的量完全一樣。最重要的一點是，不同舵機的最大轉動角度可能不相同，但是其中間位置的脈沖寬度是一定的，那就是1.5ms。如下圖：

角度是由來自控制線的持續的脈沖所產生。這種控制方法叫做脈沖調制。脈沖的長短決定舵機轉動多大角度。例如：1.5毫秒脈沖會到轉動到中間位置（對于180°舵機來說，就是90°位置）。當控制系統發出指令，讓舵機移動到某一位置，并讓他保持這個角度，這時外力的影響不會讓他角度產生變化，但是這個是由上限的，上限就是他的最大扭力。除非控制系統不停的發出脈沖穩定舵機的角度，舵機的角度不會一直不變。

當舵機接收到一個小于1.5ms的脈沖，輸出軸會以中間位置為標準，逆時針旋轉一定角度。接收到的脈沖大于1.5ms情況相反。不同品牌，甚至同一品牌的不同舵機，都會有不同的最大值和最小值。一般而言，最小脈沖為1ms，最大脈沖為2ms。如下圖：

舵機一般用單片機或者數字電路控制。舵機工作主要跟控制線的高電平持續時間有關系，一般按0.5ms（毫秒）劃分，如果持續時間為0.5ms，1ms，1.5ms，2ms，2.5ms時，舵機會轉過不同的角度。

舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對應的控制關系是為：脈沖 設置為 0.5ms旋轉角度為0度；脈沖 設置為 1.0ms旋轉角度為45度；脈沖 設置為 1.5ms旋轉角度為90度；脈沖 設置為 2.0ms旋轉角度為135度；脈沖 設置為 2.5ms旋轉角度為180度。

舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對應的控制關系是這樣的：

0.5ms--------------0度；

1.0ms------------45度；

1.5ms------------90度；

2.0ms-----------135度；

2.5ms-----------180度；

舵機的追隨特性

假設現在舵機穩定在A點，這時候CPU發出一個PWM信號，舵機全速由A點轉向B點，在這個過程中需要一段時間，舵機才能運動到B點。

保持時間為Tｗ

當Tｗ≥△T時，舵機能夠到達目標，并有剩余時間；

當Tｗ≤△T時，舵機不能到達目標；

理論上：當Tｗ=△T時，系統最連貫，而且舵機運動的最快。

實際過程中ｗ不盡相同，連貫運動時的極限△T比較難以計算出來。當PWM信號以最小變化量即（1DIV=8us）依次變化時，舵機的分辨率最高，但是速度會減慢。

相關舵機的說明

SG90舵機

32單片機驅動單個舵機源碼

/*
        單片機：STM32F103RCT6/STM32F103C8T6  倍頻 72M 8路舵機控制
        舵機IO PA0~PA3 PB3~PB6
*/
#include "stm32f10x_conf.h"
#define tb_interrupt_open() {__enable_irq();}        //總中斷打開
void rcc_init(void);                                                        //主頻設置
void delay_ms(unsigned int t);                //毫秒級別延時
void dj_io_init(void);                                //舵機 IO 口初始化
void dj_io_set(u8 index, u8 level);        //舵機 IO 口高低電平設置
void TIM2_Int_Init(u16 arr,u16 psc);//舵機 定時器初始化
void gpioA_pin_set(unsigned char pin, unsigned char level);
void gpioB_pin_set(unsigned char pin, unsigned char level);

//舵機脈沖數組
int duoji_pulse[8] = {1500,1500,1500,1500,1500,1500,1500,1500} , i;

int main(void) {        
        rcc_init();
        dj_io_init();
        TIM2_Int_Init(20000,71);
        tb_interrupt_open();
        while(1) {        
                for(i=0;iARR = ((unsigned int)(duoji_pulse[duoji_index1]));
                        dj_io_set(duoji_index1, 1);
                } else {
                        temp = 2500 - (unsigned int)(duoji_pulse[duoji_index1]);
                        if(temp < 20)temp = 20;
                        TIM2-?>ARR = temp;
                        dj_io_set(duoji_index1, 0);
                        duoji_index1 ++;
                }
                flag = !flag;
        }
} 
             
                        
原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_73931287/article/details/130445572

舵機的分類

舵機根據電子分類可以分為模擬舵機與數字舵機。模擬舵機通過簡單地發送開關脈沖來調節電機的速度，對小指令的反應遲緩，馬達旋轉較慢快。數字舵機相對于傳統模擬舵機可以根據微處理器的程序運算而調整激勵馬達的動力，以適應不同的功能要求，并優化舵機的性能，能提供更高的精度以及更快的響應和加速效果。根據信號類型可以分為PWM信號舵機、RS-485串口型舵機、TTL串口型舵機。主要有普通型、超小型，強力型和特殊用途型等幾種。

PWM信號舵機

相對于模擬通訊對噪聲的抵抗能力更強，從模擬信號轉向PWM信號可以極大地延長通信距離。在接收端通過適當的RC或LC網絡可以濾除調制高頻方波并將信號還原為模擬形式，實現了用數字方式來控制模擬信號，其高頻率、高效率、高可靠性的特點大大降低了成本和功耗。

RS-485 串口型舵機

采用平衡發送和差分接收，具有良好的抗干擾能力，信號能傳輸上千米。一條總線上允許掛載多個舵機，且總線上每個舵機都有一個唯一的 ID（0~250），控制器通過舵機 ID 對特定的舵機進行訪問，也可以通過廣播 ID（254）向總線上的全部舵機發送數據，另外可以使用超級ID（253）向總線上的舵機發送查詢命令，不同 ID 的舵機進行分時應答。

TTL串口型舵機

采用并行數據傳輸方式，對于計算機處理器控制設備內部的數據傳輸較好，同時對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅動器以及接收器電路。

CAN總線舵機

采用串行異步通信，同一時刻只能有一個發送或接收信息，由CAN_H和CAN_L兩條信號線，以差分信號的形式進行通訊， 抗干擾能力強。高低電平幅度低，數據傳輸速度相對較高。

舵機與伺服電機區別

舵機和伺服電機雖然都是用于控制旋轉角度的裝置，但兩者在構造、應用和工作原理等方面存在顯著的差異。

構造：舵機主要由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器構成。其中，位置檢測器是可變電阻，當舵機轉動時，電阻值會隨之改變，從而可以檢測轉動的角度。而伺服電機通常由定子、轉子和其他控制電路組成。伺服控制電路位于電機之外，使得伺服電機在某種程度上可以被視為一個系統。

應用：舵機在航模、小型機器人等領域中常用，具有輕量、小型、簡化和廉價的特點，并配備有減速機構。伺服電機則廣泛應用于各種需要精確控制旋轉角度的場合，如工業自動化、機器人技術、數控機床等。

工作原理：舵機的工作原理基于可變電阻來檢測轉動的角度，并通過PWM信號進行控制。伺服電機則通過控制脈沖時間的長短來控制轉動角度，其精度取決于編碼器的精度。此外，步進電機和伺服電機在工作流程上也存在不同，步進電機需要信號脈沖和方向脈沖，而伺服電機則通過電源連接開關進行控制。

總的來說，舵機和伺服電機雖然都是用于控制旋轉角度的裝置，但它們在構造、應用和工作原理等方面存在明顯的區別。舵機更適合用于輕量、小型和廉價的場合，而伺服電機則適用于需要高精度和快速響應的應用。

舵機的選型參數

舵機選型的參數主要包括以下幾個方面：

工作電壓：這是舵機正常工作的電壓范圍，不同型號的舵機有不同的工作電壓要求。例如，一些常見的舵機工作電壓范圍在4.8V到6V或4.8V到7.2V之間。

工作角度：這是指舵機可以旋轉的角度范圍。一般來說，舵機的旋轉角度有90度、180度等不同的選擇。

扭矩：扭矩是舵機產生的轉動力矩，表現為旋轉力的大小，通常以N·cm或kg/cm為單位。扭矩的大小決定了舵機能夠拉動多大的負載。

速度：速度是指舵機在沒有負載的情況下旋轉的速度，通常以秒/60度為單位。速度參數對于需要快速響應的應用來說非常重要。

工作電流：這是舵機在工作時消耗的電流大小，是評估舵機功耗和選擇電源的重要參數。

尺寸和重量：尺寸和重量是考慮舵機安裝空間和整體設備重量的重要因素。一般來說，尺寸越大、重量越重的舵機，扭矩也會越大。

死區

使舵機轉動的最小脈沖寬度，低于該參數，舵機不轉動；

停止角度的精確度，該數值越小，控制精度越高；

理解說明：

此參數是用于吸收舵機在最終停止位置往返振蕩所設置的。舵機接收到控制輸入信號，然后與基準信號做差值，然后輸出差值脈沖用于控制舵機內部直流電機正反轉，經過齒輪組減速后，驅動舵盤和電位器轉動，電位器輸出反饋基準信號，直到電位器反饋的基準信號與輸入信號完全一致時，舵機停止轉動。

舵機實際運行到停止位置時，由于存在運動慣量，電位器輸出的反饋基準信號與輸入信號不能完全一致，差值脈沖在很小的范圍內輸出，導致舵機在停止位置附近往返振蕩。

最小脈沖寬度的由來：為了解決往返振蕩問題，在接近停止位附近用電路方式將差值脈沖吸收。

精確度誤差的由來：由于差值脈沖被吸收掉，導致實際位置與目標位置存在差異；限值的差值脈沖越小，越接近目標位置。

死區參數優缺點：

優點：消除舵機在停止位置的往返振蕩；

缺點：死區越小，精度越高，意味著死區范圍內的差值脈沖調整越頻繁；加劇對齒輪組和電位器的磨損；

在選擇舵機時，需要根據實際項目需求，綜合考慮以上參數。例如，如果項目需要舵機拉動的負載較大，就需要選擇扭矩較大的舵機；如果項目對速度有要求，就需要選擇速度較快的舵機。同時，還需要考慮舵機的尺寸和重量是否適合項目的安裝空間和要求。

此外，還需要注意舵機的控制信號類型和控制方式。一般來說，舵機的控制信號是PWM信號，需要設置PWM的周期為50Hz。控制方式可以是模擬信號控制或數字信號控制，具體選擇取決于項目的控制需求。

常見的舵機型號有SG90、MG996R、DS3218、MG90S、DS3225、FS5109M和MG995等，每種型號都有其特定的參數和應用場景。因此，在選擇舵機時，需要綜合考慮項目需求和實際應用場景，選擇最適合的舵機型號和參數。

舵機的應用場景

舵機在多個領域都有廣泛的應用，主要包括以下幾個方面：

機器人：在機器人領域中，舵機通常用于控制運動關節的轉動，實現機器人的動作控制。通過精確控制舵機的角度和速度，可以使機器人完成各種復雜的動作和任務。

航模：在航模領域中，舵機用于控制舵面的轉動，從而改變飛機的飛行姿態。航模愛好者可以通過調整舵機的參數和角度，實現飛機的起飛、爬升、俯沖、翻滾等各種飛行動作。

汽車：在汽車領域中，舵機用于控制方向盤的轉動，實現車輛的轉向。一些高性能汽車或智能駕駛汽車可能會使用舵機來實現更精確和快速的方向控制。

船舶：在船舶領域中，舵機用于控制舵輪的轉動，實現船舶的轉向。舵機在船舶航行中發揮著至關重要的作用，可以幫助船舶保持正確的航向和穩定性。

此外，舵機還廣泛應用于玩具、飛機、潛艇模型等領域。隨著技術的不斷發展，舵機的應用場景也在不斷擴展。總之，舵機作為一種位置（角度）伺服的驅動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統。在各種需要精確控制旋轉角度的場合中，舵機都發揮著不可或缺的作用。

實例

舵機在機電系統中作為基本的輸出執行機構，簡單的控制和輸出使得單片機系統能輕松與其進行對接，其優越的角度控制性能在飛機、潛艇模型，遙控機器人、物流、機器人、人工智能、汽車等領域中被廣泛使用。例如，在無人機或航模中，舵機可以控制機翼的上下、左右轉動，從而控制飛行方向、高度等。

在機器人中，舵機可以控制機器人的關節運動，使機器人能夠完成各種復雜的動作，如抓取、拍攝、移動等。

供應商A：東莞市德晟智能科技有限公司

https://www.dspower.net/pd45594901.html

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產品規格

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審核編輯 黃宇