1,、概述 
舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動(dòng)中,。在航空模型中，飛行機(jī)的飛行姿態(tài)是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和各個(gè)控制舵面來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。舉個(gè)簡(jiǎn)單的四通飛機(jī)來(lái)說(shuō),，飛機(jī)上有以下幾個(gè)地方需要控制： 
1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的拉力（或推力）,； 
2.副翼舵面（安裝在飛機(jī)機(jī)翼后緣）,，用來(lái)控制飛機(jī)的橫滾運(yùn)動(dòng)； 
3.水平尾舵面,，用來(lái)控制飛機(jī)的俯仰角,； 
4.垂直尾舵面，用來(lái)控制飛機(jī)的偏航角,； 
遙控器有四個(gè)通道,，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)舵機(jī)，而舵機(jī)又通過(guò)連桿等傳動(dòng)元件帶動(dòng)舵面的轉(zhuǎn)動(dòng),，從而改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。 
不僅在航模飛機(jī)中,，在其他的模型運(yùn)動(dòng)中都可以看到它的應(yīng)用：船模上用來(lái)控制尾舵,，車(chē)模中用來(lái)轉(zhuǎn)向等等。由此可見(jiàn),，凡是需要操作性動(dòng)作時(shí)都可以用舵機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),。

2、結(jié)構(gòu)和控制 
一般來(lái)講,，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成,， 舵盤(pán)、減速齒輪組,、位置反饋電位計(jì)5k,、直流電機(jī)、控制電路板等,。 
工作原理：控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)（具體信號(hào)待會(huì)再講）,，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組,，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤(pán),。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的,，舵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì),，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板,，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度,，從而達(dá)到目標(biāo)停止,。 
舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是這樣，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很多種,。例如電機(jī)就有有刷和無(wú)刷之分，齒輪有塑料和金屬之分,，輸出軸有滑動(dòng)和滾動(dòng)之分,，殼體有塑料和鋁合金之分，速度有快速和慢速之分,，體積有大中小三種之分等等,，組合不同，價(jià)格也千差萬(wàn)別,。例如,，其中小舵機(jī)一般稱(chēng)作微舵，同種材料的條件下是中型的一倍多,，金屬齒輪是塑料齒輪的一倍多,。需要根據(jù)需要選用不同類(lèi)型。 
舵機(jī)的輸入線共有三條,，紅色中間,，是電源線，一邊黑色的是地線,，這輛根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證,，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗。電源有兩種規(guī)格,，一是4.8V,，一是6.0V，分別對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn),，即輸出力矩不同,，6.0V對(duì)應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件,；另外一根線是控制信號(hào)線,，Futaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色,。另外要注意一點(diǎn),，SANWA的某些型號(hào)的舵機(jī)引線電源線在邊上而不是中間,，需要辨認(rèn)。但記住紅色為電源,，黑色為地線,，一般不會(huì)搞錯(cuò)。 
舵機(jī)的控制信號(hào)為周期是20ms的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào),，其中脈沖寬度從0.5ms-2.5ms,，相對(duì)應(yīng)舵盤(pán)的位置為0－180度，呈線性變化,。也就是說(shuō),，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上,，無(wú)論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變,，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)的位置上,。舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路,，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào),，有一個(gè)比較器,，將外加信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相比較，判斷出方向和大小,，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào),。由此可見(jiàn)，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器,，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不能超過(guò)180度,，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說(shuō)機(jī)器人的關(guān)節(jié),、飛機(jī)的舵面等,。 
常見(jiàn)的舵機(jī)廠家有：日本的Futaba、JR,、SANWA等,，國(guó)產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等?，F(xiàn)舉Futaba S3003來(lái)介紹相關(guān)參數(shù),，以供大家設(shè)計(jì)時(shí)選用。之所以用3003是因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的,，也是價(jià)格相對(duì)較便宜的一種（以下數(shù)據(jù)摘自Futaba產(chǎn)品手冊(cè)）,。 
尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm 
重 量(Weight)： 37.2 g 
工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V) 
0.19 sec/60°(6.0V) 
輸出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V) 
4.1 kg.cm (6.0V)

由此可見(jiàn)，舵機(jī)具有以下一些特點(diǎn)： 
>體積緊湊,，便于安裝,； 
>輸出力矩大,，穩(wěn)定性好； 
>控制簡(jiǎn)單,，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口,； 
正是因?yàn)槎鏅C(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，所以,，現(xiàn)在不僅僅應(yīng)用在航模運(yùn)動(dòng)中,，已經(jīng)擴(kuò)展到各種機(jī)電產(chǎn)品中來(lái)，在機(jī)器人控制中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,。

3,、用單片機(jī)來(lái)控制 
正是舵機(jī)的控制信號(hào)是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口,。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)的數(shù)字設(shè)備都可以用來(lái)控制舵機(jī),，比方PLC、單片機(jī)等,。這里介紹利用51系列單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的方法，編程語(yǔ)言為C51,。之所以介紹這種方法只是因?yàn)楣P者用2051實(shí)現(xiàn)過(guò),，本著負(fù)責(zé)的態(tài)度，所以敢在這里寫(xiě)出來(lái),。程序用的是我的四足步行機(jī)器人,，有刪改。單片機(jī)并不是控制舵機(jī)的最好的方法,，希望在此能起到拋磚引玉的作用,。 
2051有兩個(gè)16位的內(nèi)部計(jì)數(shù)器，我們就用它來(lái)產(chǎn)生周期20 ms的脈沖信號(hào),，根據(jù)需要,，改變輸出脈寬?；舅悸啡缦拢ㄕ?qǐng)對(duì)照下面的程序）： 
我用的晶振頻率為12M,，2051一個(gè)時(shí)鐘周期為12個(gè)晶振周期，正好是1/1000 ms,，計(jì)數(shù)器每隔1/1000 ms計(jì)一次數(shù),。以計(jì)數(shù)器1為例，先設(shè)定脈寬的初始值,，程序中初始為1.5ms,，在for循環(huán)中可以隨時(shí)通過(guò)改變a值來(lái)改變，然后設(shè)定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初始值為a,，并置輸出p12為高位,。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí),，觸發(fā)計(jì)數(shù)器溢出中斷函數(shù)，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ,，在子函數(shù)中,，改變輸出p12為反相（此時(shí)跳為低位），在用20000（代表20ms周期）減去高位用的時(shí)間a,，就是本周期中低位的時(shí)間,，c=20000-a，并設(shè)定此時(shí)的計(jì)數(shù)器初值為c,，直到定時(shí)器再次產(chǎn)生溢出中斷,，重復(fù)上一過(guò)程。

# include <reg51.h> 
#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int

uint a,b,c,d; 
/*a為舵機(jī)1的脈沖寬度,，b為舵機(jī)2的脈沖寬度,，單位1/1000 ms */ 
/*c、d為中間變量*/

/*以下定義輸出管腳*/ 
sbit p12=P1^2; 
sbit p13=p1^3; 
sbit p37=P3^7;

/*以下兩個(gè)函數(shù)為定時(shí)器中斷函數(shù)*/

/*定時(shí)器1,，控制舵機(jī)1,，輸出引腳為P12，可自定義*/ 
void timer0(void) interrupt 1 using 1 
{p12=!p12; /*輸出取反*/ 
c=20000-c; /*20000代表20 ms,，為一個(gè)周期的時(shí)間*/ 
TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); /*重新定義計(jì)數(shù)初值*/ 
if(c>=500&&c<=2500)c=a; 
else c="20000-a"; /*判斷脈寬是否在正常范圍之內(nèi)*/ 
}

/*定時(shí)器2,，控制舵機(jī)2，輸出引腳為P13,，可自定義*/ 
void timer1(void) interrupt 3 using 1 
{p13=!p13; 
d=20000-d; 
TH1=-(d/256); TL1=-(d%256); 
if(d>=500&&d<=2500)d=b; 
else d="20000-b"; 
}

/*主程序*/ 
void main(void) 
{TMOD=0x11; /*設(shè)初值*/ 
p12=1; 
p13=1; 
a=1500; 
b=1500; /*數(shù)值1500即對(duì)應(yīng)1.5ms,，為舵機(jī)的中間90度的位置*/ 
c=a;d=b; 
TH0=-(a/256); TL0=-(a%256); 
TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*設(shè)定定時(shí)器初始計(jì)數(shù)值*/ 
EA=1; 
ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1; 
ET1=1; TR1=1; 
PX0=0X1=0T1=1T0=1;/*設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)*/ 
for(;;) 
{ 
/*在這個(gè)for循環(huán)中，可以根據(jù)程序需要 
在任何時(shí)間改變a,、b值來(lái)改變脈寬的輸 
出時(shí)間,，從而控制舵機(jī)*/ 
} 
}

因?yàn)樵诿}沖信號(hào)的輸出是靠定時(shí)器的溢出中斷函數(shù)來(lái)處理，時(shí)間很短,，因此在精度要求不高的場(chǎng)合可以忽略,。因此如果忽略中斷時(shí)間，從另一個(gè)角度來(lái)講就是主程序和脈沖輸出是并行的,，因此,，只需要在主程序中按你的要求改變a值，例如讓a從500變化到2500,，就可以讓舵機(jī)從0度變化到180度,。另外要記住一點(diǎn)，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)需要時(shí)間的,，因此,，程序中a值的變化不能太快，不然舵機(jī)跟不上程序。根據(jù)需要,，選擇合適的延時(shí),，用一個(gè)a遞增循環(huán)，可以讓舵機(jī)很流暢的轉(zhuǎn)動(dòng),，而不會(huì)產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣的脈動(dòng),。這些還需要實(shí)踐中具體體會(huì)。

舵機(jī)的速度決定于你給它的信號(hào)脈寬的變化速度,。舉個(gè)例子,，t＝0試，脈寬為0.5ms,，t＝1s時(shí),，脈寬為1.0ms，那么,，舵機(jī)就會(huì)從0.5ms對(duì)應(yīng)的位置轉(zhuǎn)到1.0ms對(duì)應(yīng)的位置,，那么轉(zhuǎn)動(dòng)速度如何呢？一般來(lái)講,，3003的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度在4.8V時(shí)為0.23s/60度,，也就是說(shuō)，如果你要求的速度比這個(gè)快的話,，舵機(jī)就反應(yīng)不過(guò)來(lái)了,；如果要求速度比這個(gè)慢，可以將脈寬變化值線性到你要求的時(shí)間內(nèi),，做一個(gè)循環(huán)，一點(diǎn)一點(diǎn)的增加脈寬值,，就可以控制舵機(jī)的速度了,。當(dāng)然，具體這一點(diǎn)一點(diǎn)到底是多少,，就需要做試驗(yàn)了,，不然的話，不合適的話,，舵機(jī)就會(huì)向步進(jìn)電機(jī)一樣一跳一跳的轉(zhuǎn)動(dòng)了,，嘗試改變這“一點(diǎn)”，使你的舵機(jī)運(yùn)動(dòng)更平滑,。還有一點(diǎn)很重要,，就是舵機(jī)在每一次脈寬值改變的時(shí)候總會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)速由零增加再減速為零的過(guò)程，這就是舵機(jī)會(huì)產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣運(yùn)動(dòng)的原因,。