Fig. 08 · Labo de robotique · Seize impulsions de servo sur deux fils I2C

Bras à servos PCA9685

Arduino Nano

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Banc

Pas encore de mesure

Fréquence PWM

Pas encore de mesure

Consommation

0 mA

Monter et casser

1MonterÀ suivre
Démontez jusqu'au circuit nu
Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez les remettre dans l'ordre de l'usine : la puce, le MOSFET et les petits composants d'abord, puis les connecteurs, le bornier et le condensateur.
2
Placement automatique des composants CMS, puis refusion
3
Posez le connecteur I2C et les quatre blocs de servos
4
Posez le bornier V+
5
Posez C2, 470 µF, dans le bon sens
6
Soudez les composants traversants
7
Câblez le Nano
8
Branchez les servos du bras sur les canaux 0-2
9
Vissez les piles dans le bornier V+
10
Mettez le banc sous tension
11
Téléversez « Centrer le bras »
12
Téléversez « Balayer la base »
13
Téléversez « Prendre et poser »
14
Téléversez « Scan I2C »
15
Vissez les piles à l'enversCasser
16
Remplissez le support de cellules Li-ion 14500Casser
17
Alimentez les servos par le 5 V du NanoCasser
18
Oubliez setPWMFreq(50)Casser
19
Pontez le cavalier A0Casser
20
Posez C2 à l'enversCasser
21
Laissez une soudure froide sur SDACasser
22
Fermez complètement la pince sur le cubeCasser
23
Vue éclatée

Casser exprès

Chaque panne est de celles qui piègent ceux qui montent pour de vrai. Déclenchez-la, lisez le symptôme sur le banc, puis réparez.

Piles vissées à l'envers
polarité inversée
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Rien ne bouge et rien ne chauffe ; la LED verte reste allumée.
Q1 est un MOSFET P avec la grille sur GND. Avec V+ négatif, sa diode de structure est polarisée en inverse et la tension de sa grille est dans le mauvais sens pour le faire conduire : aucun courant n'atteint les servos. La LED est alimentée par VCC, le 5 V du Nano : elle ne dit donc rien de V+.
Solution: Inversez les fils : rouge sur V+, noir sur GND. La broche V+ du connecteur latéral n'a pas cette protection.
16,8 V sur V+
mauvaise tension
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les servos bourdonnent, chauffent et s'arrêtent pour de bon. La puce et le Nano vont bien.
Un SG90 est fait pour 4,8 V et supporte 6 V au plus. Quatre cellules Li-ion 14500 donnent 16,8 V : le moteur et son électronique surchauffent en quelques secondes. Q1 (30 V) laisse passer, il n'est là que pour la polarité. C2, prévu pour 10 V, est lui aussi au-delà de sa tension nominale.
Solution: Utilisez des piles AA alcalines (6 V) ou NiMH (4,8 V), ou une alimentation 5 V de 2 A ou plus. Remplacez les servos, et C2 s'il est gonflé.
Servos sur le 5 V du Nano
brown-out
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les servos tressautent, le Nano redémarre sans arrêt et le bras ne termine jamais un mouvement.
Des SG90 en mouvement tirent quelques centaines de mA chacun, plus au démarrage. À travers l'USB et le fusible de 500 mA du Nano, cela fait tomber le 5 V jusqu'à ce que le détecteur de brown-out de l'ATmega (environ 2,7 V) le réinitialise. Les servos s'arrêtent, la tension revient, le sketch recommence.
Solution: Donnez aux servos leur propre alimentation sur le bornier V+. Le VCC venant du Nano ne sert qu'à la logique de la puce.
Pas de setPWMFreq(50)
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les servos tressautent, ignorent leurs commandes et tiédissent.
begin() laisse la puce à environ 1000 Hz : une trame d'un peu moins de 1 ms. Une impulsion de 1,5 ms ne peut pas y tenir : les sorties restent donc à l'état haut la plupart du temps et les servos ne voient jamais une durée d'impulsion qu'ils comprennent.
Solution: Appelez pwm.setPWMFreq(50) après begin(). Une seule fréquence sert aux seize canaux.
Carte à 0x41
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les servos restent mous ; le sketch tourne et affiche comme si tout allait bien.
Le cavalier A0 ponté ajoute 1 à l'adresse. La bibliothèque écrit à 0x40, personne n'acquitte, et la puce à 0x41 ne se réveille jamais. Un scan I2C montre 0x41 et 0x70.
Solution: Retirez le pont, ou créez le driver avec Adafruit_PWMServoDriver(0x41).
C2 à l'envers
pièce à l'envers
Pourquoi ça arrive
Symptôme: C2 gonfle, siffle et éclate dès que V+ arrive.
Un condensateur électrolytique garde sa charge sur une fine couche d'oxyde qui ne fonctionne que dans un sens. À l'envers, il conduit, chauffe et dégaze.
Solution: Débranchez, posez un condensateur neuf avec la bande (le moins) à gauche, loin de Q1.
Soudure froide sur SDA
soudure froide
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le bras bégaie : certains mouvements arrivent en retard, d'autres pas du tout.
Chaque commande passe par SDA. À travers une soudure qui fait et défait le contact, certaines écritures n'arrivent jamais, et la puce continue d'envoyer l'ancienne impulsion jusqu'à ce que la suivante passe.
Solution: Réchauffez la soudure avec de la soudure neuve jusqu'à ce qu'elle coule en un cône brillant autour de la broche.
Pince bloquée sur le cube
surintensité
Pourquoi ça arrive
Symptôme: La pince bourdonne, tiédit et le courant des piles saute d'environ 450 mA.
On demande 0° au servo, mais le cube arrête les doigts vers 72°. Son potentiomètre lui dit qu'il est loin de sa consigne : il pousse donc de toutes ses forces. Un SG90 bloqué tire environ 360-550 mA. Les pignons en plastique peuvent se dénuder.
Solution: Ne fermez que jusqu'au contact des doigts (70° ici). Un servo tient le mieux quelques degrés après le contact, pas en bout de course.

Présentation du banc

montez le driver, centrez le bras, puis prenez et posez

Un servo veut une impulsion toutes les 20 ms, longue de 600 à 2400 µs, et il tourne jusqu'à l'angle que représente cette durée. La carte Adafruit PCA9685 produit ces impulsions pour seize servos à la fois : le Nano écrit les valeurs de chaque canal sur deux fils I2C, et la puce continue de les envoyer depuis sa propre horloge à 25 MHz sans aucune aide du Nano. L'alimentation des servos arrive à part, sur le bornier bleu V+, à travers un MOSFET qui bloque une batterie inversée. Montez la carte, câblez un Nano, un bloc de 4 piles AA et un petit bras à trois servos, puis faites-lui prendre un cube en mousse et le poser de l'autre côté. Puis cassez-le : le bloc de piles à l'envers, des cellules Li-ion, les servos sur le 5 V du Nano, pas de setPWMFreq(50), la mauvaise adresse, le condensateur de réserve à l'envers, une soudure froide sur SDA et une pince qui serre trop fort.

Sources

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 6 178 octets d'espace programme

Code : Centrer le bras

// PCA9685 : des impulsions de servo par I2C
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm;   // la carte à son adresse par défaut, 0x40

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pwm.begin();          // réveille la puce (elle démarre endormie, toutes les sorties à LOW)
  pwm.setPWMFreq(50);   // une trame de 20 ms : prédiviseur 121, 4096 ticks de 4.88 µs
  for (int ch = 0; ch < 3; ch++) pwm.writeMicroseconds(ch, 1500);   // 1500 µs = 307 ticks : chaque servo à 90°
  Serial.println("pca9685: 50 Hz, ch0-2 at 1500 us (307 ticks)");
}

void loop() {}   // rien à faire : la puce continue d'envoyer les impulsions toute seule

Exercices pratiques

0/2 exercices

Écrivez le code, puis lancez les vérifications. L'exécution utilise une horloge virtuelle et un monde scripté : le même code donne toujours le même résultat.

Des microsecondes ne sont pas des ticks

Arduino C++

setPWM(ch, on, off) prend des ticks, pas des microsecondes : à 50 Hz, un tick vaut 20000 / 4096 µs. Le code de départ envoie 1500 comme si c'étaient des µs, et oublie aussi setPWMFreq(50). Écrivez ticksFor() pour que 1500 µs deviennent environ 307 ticks, 600 environ 123 et 2400 environ 492, et réglez la trame sur 50 Hz.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéRègle la trame sur 50 Hz avec setPWMFreq(50)
Pas encore lancé1500 µs donnent 306-308 ticks
Pas encore lancé600 µs donnent 122-124 ticks
Pas encore lancé2400 µs donnent 490-493 ticks
Pas encore lancéLe canal 0 envoie une impulsion de 1500 µs dans une trame à 50 Hz

Indices

ticks = us x 4096 / 20000. Multipliez d'abord, puis divisez, sinon la fraction est perdue.
1500 x 4096 dépasse 6 millions, trop pour un int sur un Nano : convertissez d'abord en uint32_t.
pwm.setPWMFreq(50); se place juste après pwm.begin();

Code pour Des microsecondes ne sont pas des ticks

Tourner la base avec un bouton rotatif

Arduino C++

Ajoutez un potentiomètre de 10 kΩ sur A0 et faites-lui diriger la base : bouton tout en bas, c'est 0°, à mi-course 90°, tout en haut 180°. Le code de départ envoie toujours 90°. Lisez le bouton, convertissez 0-1023 en 0-180° et envoyez le résultat.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéLit le bouton avec analogRead(A0)
Pas encore lancéBouton à mi-course : la base à environ 90°
Pas encore lancéBouton en bas : 0° = 600 µs
Pas encore lancéBouton en haut : 180° = 2400 µs

Indices

int deg = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 180);
La ligne suivante transforme déjà les degrés en 600-2400 µs.
report() n'affiche que quand l'angle change : le moniteur série reste lisible.

Code pour Tourner la base avec un bouton rotatif

Monter et casser

1MonterÀ suivre

Démontez jusqu'au circuit nu

Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez les remettre dans l'ordre de l'usine : la puce, le MOSFET et les petits composants d'abord, puis les connecteurs, le bornier et le condensateur.

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur I2C et les quatre blocs de servos

Posez le bornier V+

Posez C2, 470 µF, dans le bon sens

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Branchez les servos du bras sur les canaux 0-2

Vissez les piles dans le bornier V+

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Centrer le bras »

Téléversez « Balayer la base »

Téléversez « Prendre et poser »

Téléversez « Scan I2C »

Vissez les piles à l'enversCasser

Remplissez le support de cellules Li-ion 14500Casser

Alimentez les servos par le 5 V du NanoCasser

Oubliez setPWMFreq(50)Casser

Pontez le cavalier A0Casser

Posez C2 à l'enversCasser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Fermez complètement la pince sur le cubeCasser

Vue éclatée

Présentation du banc

montez le driver, centrez le bras, puis prenez et posez

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 6 178 octets d'espace programme

Code : Centrer le bras

// PCA9685 : des impulsions de servo par I2C
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm;   // la carte à son adresse par défaut, 0x40

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pwm.begin();          // réveille la puce (elle démarre endormie, toutes les sorties à LOW)
  pwm.setPWMFreq(50);   // une trame de 20 ms : prédiviseur 121, 4096 ticks de 4.88 µs
  for (int ch = 0; ch < 3; ch++) pwm.writeMicroseconds(ch, 1500);   // 1500 µs = 307 ticks : chaque servo à 90°
  Serial.println("pca9685: 50 Hz, ch0-2 at 1500 us (307 ticks)");
}

void loop() {}   // rien à faire : la puce continue d'envoyer les impulsions toute seule

Bras à servos PCA9685

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur I2C et les quatre blocs de servos

Posez le bornier V+

Posez C2, 470 µF, dans le bon sens

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Branchez les servos du bras sur les canaux 0-2

Vissez les piles dans le bornier V+

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Centrer le bras »

Téléversez « Balayer la base »

Téléversez « Prendre et poser »

Téléversez « Scan I2C »

Vissez les piles à l'enversCasser

Remplissez le support de cellules Li-ion 14500Casser

Alimentez les servos par le 5 V du NanoCasser

Oubliez setPWMFreq(50)Casser

Pontez le cavalier A0Casser

Posez C2 à l'enversCasser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Fermez complètement la pince sur le cubeCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Piles vissées à l'envers

16,8 V sur V+

Servos sur le 5 V du Nano

Pas de setPWMFreq(50)

Carte à 0x41

C2 à l'envers

Soudure froide sur SDA

Pince bloquée sur le cube

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez les composants traversants

Après : Téléversez « Prendre et poser »

Après : Fermez complètement la pince sur le cube

Quiz de fin de banc

Présentation du banc

Sources

Sur le banc

Exercices pratiques

Des microsecondes ne sont pas des ticks

Vérifications

Tourner la base avec un bouton rotatif

Vérifications

Bras à servos PCA9685

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur I2C et les quatre blocs de servos

Posez le bornier V+

Posez C2, 470 µF, dans le bon sens

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Branchez les servos du bras sur les canaux 0-2

Vissez les piles dans le bornier V+

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Centrer le bras »

Téléversez « Balayer la base »

Téléversez « Prendre et poser »

Téléversez « Scan I2C »

Vissez les piles à l'enversCasser

Remplissez le support de cellules Li-ion 14500Casser

Alimentez les servos par le 5 V du NanoCasser

Oubliez setPWMFreq(50)Casser

Pontez le cavalier A0Casser

Posez C2 à l'enversCasser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Fermez complètement la pince sur le cubeCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Piles vissées à l'envers

16,8 V sur V+

Servos sur le 5 V du Nano