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机器人测控技术
4.2.1 舵机模块
舵机是一种位置(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。目前在航模，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。
一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成:舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理:控制电路板接收来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所处的位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 标准的舵机有3条导线，分别是:电源线、地线、控制线，如图2所示。电源和地线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转 动消耗。
图2标准舵机
舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2. 5ms，相对应舵盘的位置为0-180°，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。程序实现上可通过定时器来实现
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图3舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系
舵机的转速取决与信号脉宽的变化速度。如果信号脉宽变化速度太快的话，舵机会反应不过来:将脉宽变化值线性到要求的时间内，一点点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。具体来说需要在调试时修改数值，以使舵机的运动更平滑。由于舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，所以舵机会产生像步进电机一样运动的原因。
由于本设计中选用的舵机所需电源与单片机电源不一致，故要单独供电，地线应接在一起。同时因为舵机所需的驱动电流比较大，因此P3输出口需要接上拉电阻。
4.2.2 显示模块
Nokia5110显示屏是一款非常经典的显示屏，其主要优点如下：
1) 性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。
2) 接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。
3) 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。
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4) Nokia5110工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。
本次设计，选用Nokia5110显示屏，显示所按键位和转动角度。显示电路非常简单，可以直接靠单片机驱动，如下图所示。这样，可以很清晰的观察到对应的舵机转动的角度以及必要的提示信息。显示屏如图4：
图4 Nokia5110显示电路
4.2.3 按键模块
本系统采用独立按键查询工作方式，通过5个按键控制舵机的转动，即通过PTE0~PTE4控制机械臂的舵机正反转以及动作。由于系统比较简单，且接口充足，所以采用独立按键即可。同时本设计采用硬件消抖，经测试效果良好。
当有按键按下时，可控制不同的舵机转动，其中两个按键控制一个舵机，分别控制舵机的正向转动和反向转动。转动的度数可以通过按键时间的长短控制，最大的转动角度为180度。按键控制模块电路图如图5：
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图5 按键控制模块
4.2.4 电压模块
本设计采用7.2V总电压供电，经LM2596-5V芯片输出5V电压供Nokia5110液晶显示屏正常工作，同时经LM2596-ADJ芯片输出6V稳定电压供舵机正常工作。5V电压经AMS1117-3.3V输出稳定的3.3V电源电压供K60单片机正常工作。同时没个电压模块都会用LED指示灯方便排除故障，电路如下：
图6 舵机电压驱动
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