3. เซอร์โวและสัญญาณ PWM

เซอร์โว (servo) คือมอเตอร์ตัวเล็กที่หมุนไปหยุดตามองศาที่สั่ง ในโดรนของชมรมมันเปิดประตูปล่อยบอล และดีดแขนยิงลูกดอก เซอร์โวมีสายสามเส้น คือ ไฟบวก กราวด์ และ สายสัญญาณ สายสัญญาณนี้แหละที่ Nano ใช้สั่ง

สั่งด้วย "ความกว้างของพัลส์"Copy Anchor Link

เซอร์โวไม่ได้ฟังค่าตัวเลข มันฟัง ระยะเวลาที่สายสัญญาณเป็นไฟสูง ใน 1 รอบ

• ทุก 20 มิลลิวินาที (ms) Nano ส่งพัลส์หนึ่งครั้ง = 50 ครั้งต่อวินาที = 50 Hz
• พัลส์กว้าง 1.5 ms → เซอร์โวไปกลาง (90°)
• พัลส์แคบลง → ไปทางหนึ่ง พัลส์กว้างขึ้น → ไปอีกทางหนึ่ง

ลองเทียบปลายสองข้าง สังเกตว่าคาบ 20 ms เท่าเดิม เปลี่ยนแค่ความกว้างช่วงสูง

ตัวเลขตำราคือ 500 µs ที่ 0°, 1500 µs ที่ 90°, 2500 µs ที่ 180° (1 ms = 1000 µs) ที่ 1.5 ms ช่วงสูงคิดเป็น 1.5/20 = 7.5% ของรอบ ส่วนอีก 92.5% เป็นช่วงต่ำ

ตัวอย่างชีวิตจริง: เคาะประตูเป็นจังหวะCopy Anchor Link

ลองนึกว่าคุณเคาะประตูทุก 20 วินาที และบอกคนข้างในด้วยความยาวของการเคาะ เคาะสั้นแปลว่า "เลี้ยวซ้าย" เคาะยาวแปลว่า "เลี้ยวขวา" คนข้างในฟังแค่ความยาว ไม่สนว่าคุณพูดอะไร เซอร์โวก็ฟังแบบนั้น ความยาวของพัลส์คือข้อความทั้งหมด

โค้ดจริงของชมรมCopy Anchor Link

ฟังก์ชันที่ใช้ปล่อยบอลอยู่ใน Servo.ino ตั้งใจเขียนให้เห็นการส่งพัลส์ตรงๆ

// Servo.ino
void release_servo_angle(uint8_t port_pin, int pulseWidth) {
  uint32_t t = micros();
  while (micros() - t < 1500000) {
    digitalWrite(port_pin, HIGH);
    delayMicroseconds(pulseWidth);
    digitalWrite(port_pin, LOW);
    delayMicroseconds(20000 - pulseWidth);
  }
}

อ่านทีละบรรทัด

1. จำเวลาเริ่ม แล้ววนนาน 1,500,000 µs = 1.5 วินาที
2. ตั้งขาเป็นสูง รอ pulseWidth µs
3. ตั้งขาเป็นต่ำ รอเวลาที่เหลือให้ครบ 20,000 µs

หนึ่งรอบใช้ 20 ms ใน 1.5 วินาทีจึงส่งพัลส์ได้ 75 รอบ ใช้เวลานี้เพื่อให้เซอร์โวมีเวลาหมุนไปถึงและล็อกตำแหน่ง

มีอีกเวอร์ชันใน shooting.ino และ DroneEasy.cpp ที่ ปิดอินเตอร์รัปต์ตอนส่งพัลส์ และ จำกัดความกว้าง 600–2400 µs กันค่าเพี้ยน

// shooting.ino
static inline int clampPulse(int us) {
  const int MIN_US = 600, MAX_US = 2400;
  return us < MIN_US ? MIN_US : (us > MAX_US ? MAX_US : us);
}

static inline void servoPulse50Hz(int pin, int pulse_us) {
  pulse_us = clampPulse(pulse_us);
  noInterrupts();
  digitalWrite(pin, HIGH);
  delayMicroseconds(pulse_us);
  digitalWrite(pin, LOW);
  interrupts();
  delayMicroseconds(20000 - pulse_us);
}

noInterrupts() ช่วยให้ความกว้างพัลส์ไม่ถูกยืดจากงานเบื้องหลัง (เช่น ตัวนับเวลา millis() หรือ I2C) ยิ่งพัลส์ยืดมาก เซอร์โวยิ่งสั่น

องศา → พัลส์ ในโค้ดชมรมCopy Anchor Link

เซอร์โวแต่ละตัวไม่ได้ตรงตำราเป๊ะ ชมรมวัดเอง แล้วเขียนไว้ใน Servo_Degree.ino

// Servo_Degree.ino
const int SERVO_DEGREE_MIN_PULSE = 490;   // pulse ที่ 0°
const int SERVO_DEGREE_MAX_PULSE = 2550;  // pulse ที่ 180°

int servo_degree_to_pulse(int angle) {
  angle = constrain(angle, SERVO_DEGREE_MIN, SERVO_DEGREE_MAX);
  return map(angle, SERVO_DEGREE_MIN, SERVO_DEGREE_MAX,
             SERVO_DEGREE_MIN_PULSE, SERVO_DEGREE_MAX_PULSE);
}

ลองกรอกดู เปลี่ยนค่าปลายทั้งสองข้างได้เมื่ออยากเทียบเซอร์โวคนละตัว

ตัวอย่างค่าที่ใช้จริง ดึงจาก Drone_Mission.ino และ config.hpp

ค่าเหล่านี้ไม่ใช่ค่าสากล มาจากการลองกับกลไกจริง เปลี่ยนเซอร์โวหรือกลไก ต้องวัดใหม่

สองเซอร์โวพร้อมกันCopy Anchor Link

ปล่อยสองช่องพร้อมกันได้โดยเปิดสองขาสูงพร้อมกัน แล้วดึงลงทีละขาตามความกว้างของแต่ละอัน

// Servo.ino
void release_dual_servo_angle(uint8_t port_pin1, int pulse1, uint8_t port_pin2, int pulse2) {
  uint32_t t = micros();
  while (micros() - t < 1500000) {
    digitalWrite(port_pin1, HIGH);
    digitalWrite(port_pin2, HIGH);
    delayMicroseconds(min(pulse1, pulse2));

    if (pulse1 < pulse2) digitalWrite(port_pin1, LOW);
    else if (pulse2 < pulse1) digitalWrite(port_pin2, LOW);
    else {
      digitalWrite(port_pin1, LOW);
      digitalWrite(port_pin2, LOW);
    }

    delayMicroseconds(abs(pulse1 - pulse2));

    digitalWrite(port_pin1, LOW);
    digitalWrite(port_pin2, LOW);
    delayMicroseconds(20000 - max(pulse1, pulse2));
  }
}

ลำดับคือ ตั้งสองขาสูงพร้อมกัน รอให้ครบพัลส์ที่สั้นกว่า ตัวนั้นลงก่อน รอส่วนต่าง แล้วตัวที่ยาวกว่าลงตาม ที่เหลือคือช่วงต่ำจนครบ 20 ms

ลองทำCopy Anchor Link

1. คำนวณด้วยมือว่าเซอร์โวไป 45° ต้องใช้พัลส์เท่าไรตามสูตรชมรม (คำตอบ: 490 + 45/180 × 2060 = 1005 µs)
2. ใช้ <ServoCalc> ด้านบน ใส่ 90° แล้วเปรียบเทียบกับค่าตำรา 1500 µs ต่างกันกี่ µs (คำตอบ: 20 µs)
3. ถ้าไม่ต้องการให้ loop() ถูกบล็อกนาน 1.5 วินาที ลองเขียนฟังก์ชันที่ส่งพัลส์ 1 รอบต่อการเรียกหนึ่งครั้ง แล้วเรียกซ้ำจาก loop() (ดูหน้า millis)

พังตรงไหนบ่อยCopy Anchor Link

• เซอร์โวกระตุกตอนเปิดเครื่อง เพราะยังไม่ได้ส่งพัลส์ ค่าที่ขาเป็นสุ่ม ชมรมแก้ด้วยการสั่งปิดประตูทันทีใน setupDroneMissionMode() ด้วย close_all_ball_gate()
• เซอร์โวไม่ไปครบองศา แรงดันไฟเลี้ยงต่ำหรือส่งพัลส์น้อยไป (ฟังก์ชัน release_servo_angle ค้างไว้ 1.5 วินาที ถ้ากลไกใหญ่ต้องการนานกว่านั้น ให้ส่งซ้ำอีกรอบ)
• เซอร์โวสั่น พัลส์ถูกยืดจากอินเตอร์รัปต์ หรือส่งค่าเกินช่วงกลไก
• เซอร์โวไม่ขยับเลย ไฟเลี้ยงเซอร์โวไม่ได้ต่อ หรือไม่ได้ต่อกราวด์ร่วม อ่าน ไฟเลี้ยงและสัญญาณรบกวน