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总线伺服舵机MicroPython ESP32 SDK手册

硬件准备工作

ESP32的串口资源

ESP32一共有三组UART资源，

功能 GPIO
UART0 Tx GPIO 1
UART0 Rx GPIO 3
UART1 Tx GPIO 10
UART1 Rx GPIO 9
UART2 Tx GPIO 17
UART2 Rx GPIO 16

我们使用ESP32的**UART2**作为舵机的控制串口。

ESP32与舵机转接板的接线

ESP32 舵机转接板（UC01/UC02） 备注
GPIO 16 (UART2 Rx) Tx
GPIO 17 (UART2 Tx) Rx
VIN / 5V 5V 可选
GND GND

注意事项

  • 使用时舵机转接板需要外接电源
  • 开发的时候，如果ESP32与电脑相连，则5V的接线可以不接

NodeMCU32s

image-20210623145003177

功能 GPIO 板载标记
UART0 Tx GPIO 1 TX
UART0 Rx GPIO 3 RX
UART1 Tx GPIO 10 D3
UART1 Rx GPIO 9 D2
UART2 Tx GPIO 17 17
UART2 Rx GPIO 16 16

NodeMCU32s硬件资源详细介绍：NodeMCU-32S 引脚说明书

开发环境配置

在Win10下给ESP32烧录MicroPython的固件以及用Thonny IDE 开发MicroPython的流程可以参考下面的文章：

MicroPython-ESP32开发环境配置(Win10+Thonny IDE)

请下载以下版本的固件进行烧录

注: Thonny IDE不是必须的，你可以使用其他IDE进行开发与脚本文件的上传。

安装总线伺服舵机的库

在src/文件夹下有一个uservo.py，需要将其上传到ESP32 MicroPython文件系统的根目录里面。

image-20210604163918319

运行例程代码的方式也比较简单，example/文件夹下的.py文件拷贝到Thonny IDE代码编辑区，保存为main.py到ESP32文件系统即可。

image-20210604164117545

创建总线伺服舵机管理器

使用的过程中一般需要导入如下这两个依赖

# 串口总线通信
from machine import UART
# UartServoManager 是总线伺服舵机管理器
from uservo import UartServoManager

配置参数

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

接下来要创建串口对象，指定相关的参数

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)

创建舵机管理器，将串口对象传入到构造器UartServoManager里面

# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

舵机通信检测

API-ping

调用舵机的ping()函数用于舵机的通信检测，判断舵机是否在线。

函数原型

def ping(self, servo_id:int):

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • is_online：舵机是否在线

例程源码

example/ping.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> MicroPython SDK舵机通讯检测 Example <
--------------------------------------------------
 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
--------------------------------------------------
'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

# 舵机通讯检测
is_online = uservo.ping(servo_id)
print("舵机ID={} 是否在线: {}".format(servo_id, is_online))

舵机阻尼模式

API-set_damping

设置舵机为阻尼模式。

函数原型

def set_damping(self, servo_id, power=0):

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • power：舵机功率，单位mW

输出参数

  • 无

例程源码

'''
FashionStar Uart舵机 
> MicroPython SDK 舵机阻尼模式 <
--------------------------------------------------
 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
--------------------------------------------------
'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

# 测试舵机为阻尼模式
power = 1000 # 阻尼模式下的功率, 单位mW
uservo.set_damping(servo_id, power)

舵机角度查询

API-query_servo_angle

函数原型

def query_servo_angle(self, servo_id):

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • angle：舵机角度(单圈/多圈）

注意事项

注意这里返回的角度是多圈模式的角度还是单圈模式的角度，取决于上次控制舵机的角度的指令是单圈模式还是/多圈模式，默认为单圈。

如果想人为的设定查询多圈/单圈，可以在查询之前设定uservo.servos[servo_id].is_mturn这个布尔值。

  • is_mturn=True：返回多圈角度
  • is_mturn=False：返回单圈角度

例程源码

设置舵机为阻尼模式，转动舵机 1s打印一下当前的角度

example/query_servo_angle.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> MicroPython SDK舵机角度查询 Example <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import time

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

# 设置舵机为阻尼模式
uservo.set_damping(servo_id, 500)

# 舵机角度查询
while True:
    angle = uservo.query_servo_angle(servo_id)
    print("当前舵机角度: {:4.1f} °".format(angle), end='\r')
    time.sleep(1)

设置舵机角度

API-set_servo_angle

设置舵机角度，这个API包含了6种舵机角度控制模式，通过传入不同的参数进而调用不同的指令。具体的使用方式，可以参考**例程源码**。

函数原型

def set_servo_angle(self, servo_id:int, angle:float, is_mturn:bool=False, interval:float=None, velocity:float=None, t_acc:int=20, t_dec:int=20,  power:int=0, mean_dps:float=100.0):

输入参数

  • servo_id：舵机的ID号

  • angle：目标角度

  • is_mturn：是否是多圈模式
  • interval：中间间隔 单位ms
  • velocity：舵机的目标转速, 单位dps
  • t_acc：加速时间，在指定目标转速时有效. 单位ms
  • t_dec： 减速时间, 在指定减速时间时有效. 单位ms
  • power：功率限制, 单位mW
  • mean_dps：平均转速, 单位dps, 用于估计interval

输出参数

  • 无

API-wait

等待所有的舵机到达目标角度。

函数原型

def wait(self, timeout=None):

输入参数

  • timeout：阻塞式等待的超时判断阈值，单位ms

输出参数

  • 无

例程源码

example/set_servo_angle.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> 设置舵机角度 <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import time

# 舵机个数
# 舵机ID编号: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 舵机ID
servo_id = 0
# 舵机是否有多圈模式的功能
servo_has_mturn_func = False

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)


print("[单圈模式]设置舵机角度为90.0°")
uservo.set_servo_angle(servo_id, 90.0, interval=0) # 设置舵机角度 极速模式
uservo.wait() # 等待舵机静止
print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))

print("[单圈模式]设置舵机角度为-80.0°, 周期1000ms")
uservo.set_servo_angle(servo_id, -80.0, interval=1000) # 设置舵机角度(指定周期 单位ms)
uservo.wait() # 等待舵机静止
print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))

print("[单圈模式]设置舵机角度为70.0°, 设置转速为200 °/s, 加速时间100ms, 减速时间100ms")
uservo.set_servo_angle(servo_id, 70.0, velocity=200.0, t_acc=100, t_dec=100) # 设置舵机角度(指定转速 单位°/s)
uservo.wait() # 等待舵机静止
print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))


print("[单圈模式]设置舵机角度为-90.0°, 添加功率限制")
uservo.set_servo_angle(servo_id, -90.0, power=400) # 设置舵机角度(指定功率 单位mW)
uservo.wait() # 等待舵机静止

#########################################################################################
if servo_has_mturn_func:
    print("[多圈模式]设置舵机角度为900.0°, 周期1000ms")
    uservo.set_servo_angle(servo_id, 900.0, interval=1000, is_mturn=True) # 设置舵机角度(指定周期 单位ms)
    uservo.wait() # 等待舵机静止
    print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))

    print("[多圈模式]设置舵机角度为-900.0°, 设置转速为200 °/s")
    uservo.set_servo_angle(servo_id, -900.0, velocity=200.0, t_acc=100, t_dec=100, is_mturn=True) # 设置舵机角度(指定转速 单位°/s) dps: degree per second
    uservo.wait() # 等待舵机静止
    print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))

    print("[多圈模式]设置舵机角度为-850.0°, 添加功率限制")
    uservo.set_servo_angle(servo_id, -850.0, power=400, is_mturn=True) # 设置舵机角度(指定功率 单位mW)
    uservo.wait() # 等待舵机静止
    print("-> {}".format(uservo.query_servo_angle(servo_id)))

轮式模式

API-wheel_stop

轮式模式停止转动。

函数原型

def wheel_stop(self, servo_id):

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • 无

API-set_wheel_norm

设置轮子为普通模式，转速单位: °/s。

函数原型

def set_wheel_norm(self, servo_id, is_cw=True, mean_dps=None)

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • is_cw：是否是顺时针
  • True：顺时针
  • False：逆时针
  • mean_dps：平均转速

输出参数

  • 无

API-set_wheel_turn

轮式模式，让舵机旋转特定的圈数。

函数原型

def set_wheel_turn(self, servo_id, turn=1, is_cw=True, mean_dps=None, is_wait=True):

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • turn：目标要旋转的圈数
  • is_cw：旋转方向，是否为顺时针
  • True：顺时针
  • False：逆时针
  • mean_dps：平均转速
  • is_wait：是否是阻塞式等待

输出参数

  • 无

API-set_wheel_time

轮式模式，旋转特定的时间。

函数原型

def set_wheel_time(self, servo_id, interval=1000, is_cw=True, mean_dps=None, is_wait=True):

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • interval：目标要旋转的时间，单位ms
  • is_cw：旋转方向，是否为顺时针
  • True：顺时针
  • False：逆时针
  • mean_dps：平均转速，单位dps
  • is_wait：是否是阻塞式等待

输出参数

  • 无

例程源码

example/wheel.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> MicroPython SDK 舵机轮式模式测试 <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import time

# 舵机个数
# 舵机ID编号: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

print("测试常规模式")

# 设置舵机为轮式普通模式
# 旋转方向(is_cw) : 顺时针
# 角速度(mean_dps) : 单位°/s
uservo.set_wheel_norm(servo_id, is_cw=True, mean_dps=200.0)
# 延时5s然后关闭
time.sleep(5.0)

# 轮子停止
uservo.wheel_stop(servo_id)
time.sleep(1)

# 定圈模式
print("测试定圈模式")
uservo.set_wheel_turn(servo_id, turn=5, is_cw=False, mean_dps=200.0)

# 轮子定时模式
print("测试定时模式")
uservo.set_wheel_time(servo_id, interval=5000, is_cw=True, mean_dps=200.0)

用户配置表修改

API-reset_user_data

重置用户数据表，恢复默认值。

函数原型

def reset_user_data(self, servo_id):

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • 无

API-read_data

读取数据。

函数原型

def read_data(self, servo_id, address):

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • address：内存表

输出参数

  • content：数值的二进制数据流

API-write_data

写入数据。

函数原型

def write_data(self, servo_id, address, content):

输入参数

  • servo_id：舵机ID
  • address：内存表
  • content：数值的二进制数据流

输出参数

  • 无

例程源码-重置用户数据表

example/reset_user_data.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> 内存表数据重置 <

注意事项: 重置内存表这个指令比较特殊, 舵机ID也会被重置为0
因此测试该指令的时候, 最好只接一颗舵机。
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import ustruct

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

# 重置用户数据
uservo.reset_user_data(servo_id)

例程源码-读取内存表

example/read_data.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> 内存表数据读取 <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import ustruct

# 舵机个数
# 注：舵机ID编号 假定是依次递增的
# 例: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 要测试的舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)


# 数据表定义
ADDRESS_VOLTAGE = 1 # 总线电压值的地址

# 内存表读取
# 注: 因为每个数据位数据格式各不相同
# 因此读取得到的是字节流
voltage_bytes = uservo.read_data(servo_id, ADDRESS_VOLTAGE)

# 数据解析
# 电压的数据格式为uint16_t,单位: mV
# 关于struct的用法，请参阅官方手册: https://docs.python.org/3/library/struct.html
voltage = ustruct.unpack('<H', voltage_bytes)
print("总线电压 {} mV".format(voltage))

例程源码-写入内存表

example/write_data.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> 内存表数据写入 <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
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'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import ustruct

# 舵机个数
# 舵机ID编号: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

# 数据表定义
ADDRESS_SOFTSTART = 49 # 上电缓启动地址位
SOFTSTART_OPEN = 1 # 上电缓启动-开启
SOFTSTART_CLOSE = 0 # 上电缓启动-关闭

# 内存表写入
# 注: 在写入之前，需要查阅手册确保该数据位可写
# 缓启动数据类型 uint8_t, 首先构造数据位
softstart_bytes = ustruct.pack('<B', SOFTSTART_OPEN)
# 将数据写入内存表
ret = uservo.write_data(servo_id, ADDRESS_SOFTSTART, softstart_bytes)
# 打印日志
print("缓启动数据写入是否成功: {}".format(ret))

系统状态查询

API-query_voltage

查询当前的电压。

函数原型

def query_voltage(self, servo_id)

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • voltage：电压，单位V

API-query_current

查询当前的电流。

函数原型

def query_current(self, servo_id):

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • power：舵机电流，单位A

API-query_power

查询当前的功率。

函数原型

def query_power(self, servo_id)

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • power：舵机功率，单位W

API-query_temperature

查询舵机当前的温度。

函数原型

def query_temperature(self, servo_id)

输入参数

  • servo_id：舵机ID

输出参数

  • temperature：温度，ADC值

例程源码

example/servo_status.py

'''
FashionStar Uart舵机 
> 读取舵机的状态信息 <
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 * 作者: 深圳市华馨京科技有限公司
 * 网站：https://fashionrobo.com/
 * 更新时间: 2023/03/13
--------------------------------------------------
'''
from machine import UART
from uservo import UartServoManager
import time

# 舵机个数
# 舵机ID编号: [0, 1, 2, ..., srv_num-1]
servo_num = 1
# 舵机ID
servo_id = 0

# 创建串口对象 使用串口2作为控制对象
# 波特率: 115200
# RX: gpio 16
# TX: gpio 17
uart = UART(2, baudrate=115200)
# 创建舵机管理器
uservo = UartServoManager(uart, srv_num=servo_num)

def log_servo_status():
    '''打印舵机状态'''
    # 读取温度
    voltage = uservo.query_voltage(servo_id)
    # 读取电流
    current = uservo.query_current(servo_id)
    # 读取功率
    power = uservo.query_power(servo_id)
    # 读取温度
    temp = uservo.query_temperature(servo_id)

    print("Voltage: {:4.1f}V; Current: {:4.1f}A; Power: {:4.1f}W; T: {:2.1f}".format(\
        voltage, current, power, temp), end='\r')

while True:
    uservo.set_servo_angle(servo_id, 90)
    while not uservo.is_stop():
        log_servo_status()
        time.sleep(0.1)

    time.sleep(1)

    uservo.set_servo_angle(servo_id, -90)
    while not uservo.is_stop():
        log_servo_status()
        time.sleep(0.1)

    time.sleep(1)
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