Сервопривод: управляем углом через ШИМ

Применяем ШИМ к движению: поворачиваем вал серво на заданный угол.

Сервопривод — моторчик с электроникой, который поворачивает вал на угол, заданный длительностью управляющего импульса.

Как серво понимает угол

Сервопривод ждёт импульсы с частотой 50 Гц (период 20 мс). Важна ширина импульса:

То есть управление углом — это управление шириной импульса при фиксированной частоте 50 Гц.

Перевод угла в скважность

Нам нужно перевести угол в значение duty_u16. При 50 Гц период равен 20 мс. Импульс 1 мс — это 1/20 = 5% периода, импульс 2 мс — 10%. Посчитаем на обычном Python:

def angle_to_duty(angle):
    period_ms = 20.0                  # 50 Гц
    pulse_ms = 1.0 + (angle / 180) * 1.0   # 1.0..2.0 мс
    fraction = pulse_ms / period_ms
    return round(fraction * 65535)

for a in (0, 45, 90, 135, 180):
    print(f"угол {a:3d}° -> импульс {1.0 + a/180:.2f} мс -> duty {angle_to_duty(a)}")

Вывод:

угол   0° -> импульс 1.00 мс -> duty 3277
угол  45° -> импульс 1.25 мс -> duty 4096
угол  90° -> импульс 1.50 мс -> duty 4915
угол 135° -> импульс 1.75 мс -> duty 5734
угол 180° -> импульс 2.00 мс -> duty 6554

Код на плате

from machine import Pin, PWM
import time

servo = PWM(Pin(13), freq=50)

def set_angle(angle):
    pulse_ms = 1.0 + (angle / 180) * 1.0
    duty = round((pulse_ms / 20.0) * 65535)
    servo.duty_u16(duty)

for a in (0, 90, 180, 90, 0):
    set_angle(a)
    time.sleep(1)

Как работает под капотом

Внутри серво стоит потенциометр, связанный с валом. Электроника сравнивает текущее положение вала с положением, «заказанным» шириной импульса, и крутит мотор, пока они не совпадут. Поэтому серво само удерживает угол: толкнёте вал — оно вернёт его обратно. ESP32 лишь задаёт цель через ШИМ, а отработку делает контроллер внутри серво.

Частые ошибки

• Питать серво от вывода платы. Серво потребляет много тока — питайте его отдельным источником 5 В, а земли соедините.
• Неточные импульсы. У разных серво границы 1–2 мс слегка отличаются; иногда диапазон 0.5–2.5 мс. Подбирайте опытно.
• Дёргать угол слишком резко. Делайте плавные шаги, чтобы не было рывков и просадки питания.

Итог

• Серво управляется шириной импульса при частоте 50 Гц.
• 1 мс — 0°, 1.5 мс — 90°, 2 мс — 180°.
• Угол переводят в duty_u16 через долю периода.
• Серво питают отдельно: ток велик для вывода ESP32.