Arduino 舵机与风扇控制入门学习笔记

一、舵机控制基础

1.1 舵机的工作原理

舵机是一种能精确控制旋转角度的电机，主要由以下几个部分组成：

• 直流电机（DC MOTOR）：高速转动，但扭矩小
• 齿轮箱（GEARBOX）：降低转速（如60 RPM），提高扭矩
• 电位器（POTENTIOMETER）：检测舵机转动角度，输出与角度相关的可变电压
• 控制电路（CONTROL CIRCUIT）：含集成H桥，负责接收控制信号并驱动电机

工作流程： 控制板接收目标角度（如90°）→ 控制板向舵机发送信号 → 电机转动 → 齿轮减速机构降低转速并增大扭矩 → 输出转动角度 → 电位器检测实际角度并反馈给控制板 → 控制板根据反馈调整，直到达到目标角度

1.2 舵机控制程序基础

使用Arduino控制舵机，需要遵循以下步骤：

1. 导入舵机库

   #include <Servo.h>
   

   说明：引入舵机控制库，库中包含了控制舵机的各种功能函数，是控制舵机的基础

2. 创建舵机对象

   Servo myServo;  // myServo是自定义的对象名，可以修改
   

   说明：定义一个舵机类的实例，Servo是类库名称（不可修改）。如果需要控制多个舵机，需创建多个实例，且名称不能重复

3. 指定舵机连接的引脚

   myServo.attach(pin);  // pin是引脚编号，范围0~13、A0~A5
   

   说明：将创建的舵机对象与Arduino的指定引脚连接，建立控制关系

4. 控制舵机转动到指定角度

   myServo.write(value);  // value是角度值，范围0~180°
   

   说明：向舵机发送指令，使其转动到指定的角度

二、舵机控制实例代码

2.1 固定角度控制

让舵机保持在某个固定角度（如90°）

// 引入舵机控制库，有了这个库才能控制舵机转动
#include <Servo.h>

// 创建一个舵机对象，命名为my1（可以理解为"我的第一个舵机"）
Servo my1;

// setup函数：程序开始时自动运行一次，用于初始化设置
void setup() {
  // 把舵机连接到开发板的A0接口上，建立控制连接
  my1.attach(A0);
}

// loop函数：setup执行完后会一直重复运行
void loop() {
  // 让舵机转动并保持在180度的位置
  // 也可以修改为0、45、90、120、160等其他0~180之间的角度
  my1.write(180);
}

2.2 角度切换控制（带延迟）

让舵机在两个角度之间来回切换（如0°和90°）

// 引入舵机控制库，有了这个库才能控制舵机转动
#include <Servo.h>

// 创建一个舵机对象，命名为my1
Servo my1;

// setup函数：初始化设置
void setup() {
  // 把舵机连接到开发板的A0接口
  my1.attach(A0);
}

// loop函数：重复执行
void loop() {
  // 让舵机转到0度的位置
  my1.write(0);
  // 暂停1000毫秒（1秒钟），让舵机有足够时间转到指定位置
  delay(1000);
  
  // 让舵机转到90度的位置
  my1.write(90);
  // 再暂停1秒钟
  delay(1000);
}

2.3 电位器控制舵机

通过旋转电位器来控制舵机的转动角度，实现手动调节

// 引入Servo库，提供控制舵机的相关函数
#include <Servo.h>

// 创建一个Servo类的对象my1，用于控制舵机
Servo my1;

// 定义电位器连接的引脚为A1（模拟输入引脚）
// 使用const修饰表示该值不可修改
const int potPin = A1;

// setup函数：初始化设置
void setup() {
  // 将舵机连接到开发板的A0引脚，建立控制连接
  my1.attach(A0);
  
  // 设置电位器引脚为输入模式，使其能读取外部电压信号
  pinMode(potPin, INPUT);
  
  // 初始化串口通信，波特率9600，用于调试（可选）
  Serial.begin(9600);
}

// 定义变量val，用于存储中间数据（电位器读数、转换后的角度）
int val;

// loop函数：重复执行
void loop() {
  // 读取电位器的模拟值（范围0-1023），该值对应电位器旋转的位置
  val = analogRead(potPin);
  
  // 将0-1023的电位器值映射为0-180的角度值（舵机常用角度范围）
  val = map(val, 0, 1023, 0, 180);
  
  // 向舵机发送角度指令，控制舵机转动到对应角度
  my1.write(val);
  
  // 延迟10毫秒，让舵机有足够时间到达目标位置，避免转动过于频繁
  delay(10);
}

三、风扇与按钮控制实例

除了舵机，我们还可以通过Arduino控制风扇等其他设备，下面是一个通过按钮控制风扇开关的实例：

// 定义风扇模块连接的引脚为3（数字输出引脚）
// 注：数字引脚3、5、6、9、10、11通常支持PWM输出，适合控制电机类设备
const int motorPin = 3;

// 定义按钮模块连接的引脚为A0（此处A0作为数字输入引脚使用）
const int buttonPin = A0;

// setup函数：初始化设置
void setup() {
  // 设置风扇引脚为输出模式，使其能向外输出电信号控制风扇
  pinMode(motorPin, OUTPUT);
  
  // 设置按钮引脚为输入模式，使其能读取按钮的状态（按下/未按下）
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

// loop函数：重复执行
void loop() {
  // 读取按钮引脚的电平状态：HIGH表示未按下（默认高电平），LOW表示按下
  if (digitalRead(buttonPin) == HIGH) {
    // 若按钮未按下，向风扇引脚输出高电平（1等价于HIGH），风扇工作
    digitalWrite(motorPin, 1);
  } else {
    // 若按钮按下，向风扇引脚输出低电平（0等价于LOW），风扇停止
    digitalWrite(motorPin, 0);
  }
}

四、总结

通过以上内容，我们学习了：

1. 舵机的基本组成和工作原理
2. 使用Arduino控制舵机的四个基本步骤（导入库、创建对象、连接引脚、控制角度）
3. 三种舵机控制实例：固定角度、角度切换、电位器控制
4. 按钮控制风扇的实例

这些实例涵盖了Arduino控制外部设备的基本思路：通过定义引脚、设置引脚模式，然后在循环中读取输入（如按钮、电位器）或控制输出（如舵机、风扇）。通过修改代码中的引脚号、角度值、延迟时间等参数，可以实现更多不同的功能，大家可以尝试自己动手修改和扩展这些程序。