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Serial Servo Controller für RC (Modellbau) Servos
Modellbauservos sind kostengünstig und zuverlässing und werden daher in großem Umfang über den traditionellen Modellbau hinaus in Robotern, Drohnen und anderen Projekten, in denen Bewegungen realisiert werden muss, eingesetzt. Zur Ansteuerung werden häufig Microcontroller wie ein Raspberry Pi oder Arduino eingesetzt.
Sobald allerdings erhöhte Genauigkeitsanforderungen an die Servobewegung vorliegen oder mehrere Servos angesteuert werden sollen, sind diese Microcontroller schnell mit der zeitkritischen Erzeugung der Impulssignale überfordert (s. Makerprojekte Blog). Dies äussert sich dann im bekannten Zittern der Servos.
Diese Probleme vermeidet ein Serial Servo Controller (SSC). Er erhält vom Microcontroller über eine serielle Schnittstelle Stellbefehle und übernimmt dann die zeitkritische Impulserzeugung. In der Regel erlaubt ein SSC die Steuerung mehrerer Servos über wenige Controller PINs und hilft so, diese kritische Ressource zu schonen.
Die Auswahl des richtigen SSC hängt von der Anwendung ab. Mit dem PiKoder/SSC und dem PiKoder/SSC PRO stehen zwei unterschiedliche SSC-Linien zur Verfügung. Beide Familien verfügen über eine serielle (UART)-Schnittstelle, die vorrangig für die Parametrierung und in kleineren Projekten eingesetzt wird. Es stehen zwei Protokolle zur Verfügung:
- das MiniSSC-II Protokoll als häufig verwendete Schnittstelle bei der Ansteuerung von Servo Controllern und das
- ASCII Control Interface, ein bi-direktionales ASCII-Protokoll, das in Verbindung mit einem Terminalprogramm zur Parametrierung und zur Einstellung der Impulslängen vorgesehen ist
Für größere Systeme mit mehreren eigenintelligenten Baugruppen (Beispiel Roboter) bietet der I2C Bus der PiKoder/SSC PRO Familie gegenüber einer UART-Verbindung den Vorteil, dass nur zwei Pins des Host-Controllers benötigt werden, um ein gesamtes Netzwerk anzusteuern. Ein einfaches, dem miniSSC sehr ähnliches Protokoll, steuert die einzelnen Servokanäle.
Werden die seriellen Schnittstellen mehrerer Baugruppen hintereinander geschaltet ("Daisy Chain") um die Zahl der verwendeten Pins zu reduzieren, dann ist der I2C-Bus in diversen Anwendungen überlegen weil:
- die bidirektionale Kommunikation und Konfliktauflösung wird über die vorhandene Buslogik sicher gestellt und
- die Buslogik ist bereits in der Hardware realisiert, so dass der Rechenzeitbedarf aller Baugruppen für Kommunikationsaufgaben minimal ist.
Bei der Verwendung des I2C-Busses kann die Parametrierung des PiKoder/SSC PRO "in-place" über die serielle Schnittstelle erfolgen. Dies vereinfacht die Einstellung anwendungsspezifischer Parameter. Zusätzlich steht eine "echo"-Funktion zur Verfügung, die zu "debugging"-Zwecken alle verarbeiteten I2C-Kommandos über die Terminalschnittstelle zur Verfügung stellt.
Übersicht PiKoder/SSC
Der PiKoder/SSC steuert bis zu acht Servokanäle mit einer Aufklösung von bis zu 1 µs. Sein breiter Versorgungsspannungsbereich ermöglicht vielfätige Einsatzmöglichkeiten.
Der PiKoder/SSC-HP (High Precision) erzeugt Impulse mit einer Genauigkeit von 0,2 µs.
Der PiKoder/SSC PRO bietet neben der UART-Schnittstelle der anderen PiKoder/SSC zusätzlich einen I2C-Bus, so dass sich dieser PiKoder auch in größere Systeme wie Roboter einfach integrieren lässt.
Weitere Informationen
Weitere Informationen zur Ansteuerung von Modellbauservos
Aufgrund der vielfältigen Anwendungen sollte die Kenntnis über die Ansteuerung von Modellbauservos schon fast zum Grundwissen eines jeden Makers gehören. Hinzu kommt die Notwendigkeit, die ins Auge gefasste Anwendung hinsichtlich ihrer Komplexität und der Anforderungen an Genauigkeit zu bewerten, um das geeignete Controllerkonzept anzuwenden.
Das ebook "Ansteuerung von Modellbauservos" führt die wichtigen Begriffe rund um die Ansteuerung von Servos ein und erläutert die verschiedenen Möglichkeiten der Ansteuerung. Hieraus werden dann die relevanten Features von Encodern, Servo-Testern und Servo-Controllern hergeleitet und erläutert.
Auch im Jahr 2015 hat die Ansteuerung von Modellbauservos wieder ihren Weg in das Vortragsprogramm der Maker Faire in Hannover gefunden; das grundsätzliche Interesse an diesem Thema ist also ungebrochen. Dieses "Büchlein" fasst in der Version 3.0 meine Vorträge auf den Maker Faires Hannover 2013, 2014 und 2015 inhaltlich zusammen. Die Vortragsfolien wurden um den Vortragstext ergänzt, so dass der Gesamtzusammenhang auch in "gedruckter" Form verständlich wird.
