Seeeduino XIAOでサーボモーターを操作する

こんにちは、ENGかぴです。

Seeeduino XIAOは標準ライブラリでサーボモーターを操作することができます。サーボモータはラジコンカーのステアリングやロボットによる弁の開閉部など様々な用途で使用されており0～180度の範囲で動作するものが多くあります。

本記事では標準ライブラリを使用してサーボモーターを回転させる方法をまとめています。サーボモーターはArduinoのスターターキットに付属されていたSG90を使用しています。

Seeeduino XIAO用拡張ボード（Seeed Studio）を使用しています。Seeeduino XIAOを使って動作確認を行ったことを下記リンクにまとめています。

標準ライブラリでサーボモーターを操作する
動作確認
ソースコード全体
関連リンク

標準ライブラリでサーボモーターを操作する

サーボモーターはパルス波形を与えてモータを動作させるものです。SG90のデータシートによるとPWM周期（キャリア周波数）が50Hzの波形でデューティーサイクル（Duty Cycle）が0.5～2.4msになるように調整することで回転する角度が決まります。

データシートにはOperating speed（動作速度）が0.12s/60 degreeと記載されています。60度回転させる場合はキャリア周波数20msでデューティーサイクルが1.13mであるパルス波形を120ms経過するまで出力する必要があります。

データシートのOperating voltage（動作電圧）は3.3V～6Vとなっています。パルス波形の例では4.8V～5Vとなっていますが3.3Vのパルスを与えても動作させることができます。

サーボモーターの電源電圧が3.3Vの場合で5Vのパルスを与えるのは入力電圧が電源電圧を超えることになるため注意が必要です。

Arduinoライブラリはマイコンの割り込みを使用して指定の角度になるようにパルスを調整する仕様になっています。以下は標準ライブラリを使ってサーボモーターの操作を行う手順を説明します。

ライブラリの準備と初期化

#include <Servo.h>

Servo sg90;　//Servoクラスの型の変数を宣言

void setup() {
  sg90.attach(SERVO_PIN,510,2400); //サーボモーターの初期化
}

ライブラリを使用するためServo.hをインクルードします。サーボモーター専用のクラスの型の変数としてsg90(任意の宣言名でOK)を宣言してオブジェクトを作成します。

attach()関数でサーボモーターの初期化を行います。第1引数にサーボモーターを操作するDO出力のピンを指定します。第2引数にサーボモーターの操作の最小値(usの値)を指定します。第3引数にサーボモーターの操作の最大値（usの値）を指定します。

第2引数と第3引数を指定しない場合はそれぞれ最小値が544・最大値が2400となります。sg90のデータシートではデューティーサイクルが0.5ｍs～2.4msとなっているので例では第2引数に510・第3引数に2400を指定しています。

最小値をデータシートのとおり500（0.5ms）にすると回転角がギリギリな状態になりジリジリ音とを伴って過回転しようとするためデフォルトもしくはギリギリの回転角にならないように調整が必要です。

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ライブラリの使用例

#define WAIT_TIM 50 //500msウェイト

void loop() {

  switch (move){
  case 0: //回転指令
    if(timcount == TIME_UP ){
      u8x8.setCursor(0, 6);　//カーソルを6列に移す
      u8x8.clearLine(6); //6列目をクリア
      chk = 60;
      u8x8.print("  --> ");
      u8x8.print(chk);
      u8x8.print("deg");
      sg90.write(chk); //回転角を指定
      timcount = WAIT_TIM;
      move = 1;
    }
    break;
  case 1:
    if(timcount == TIME_UP ){
      u8x8.setCursor(0, 6);
      u8x8.clearLine(6);
      chk = 180;
      u8x8.print("  --> ");
      u8x8.print(chk);
      u8x8.print("deg");
      sg90.write(chk); //回転角を指定
      timcount = WAIT_TIM;
      move = 2;
    }
    break;
}

サーボモーターの回転角の指定をモード管理で行います。回転角の指定の待機を管理するタイマ（timcount）がタイムアップすると回転角の指定を行いtimcountにウェイトさせる時間を指定します。回転するパターンを応じて追加していきます。

サーボモーターの回転角をwrite()関数で指定します。引数に操作したい角度を指定します。例では60度（モード0）・180度（モード1）を指定しています。

サーボモーターが回転し終えるまでの期間以上のウェイトをtimecountをセットしてモード1に遷移します。モード1に遷移した後はタイムアップするまで待機します。以降は追加したモードにおいて同様の処理を行います。

SG90のデータシートによるとOperating speed（動作速度）が0.12s/60 degreeなので60度回転させる場合は120ms以上のウェイトを置く必要があります。例では500msのタイマを置いています。

各モードで指定した回転角を表示するためにu8x8.print()で文字列と指定している回転角を書き込んでOLEDに表示しています。

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