Полное руководство по настройке Pi Servo Hat: железо, подключение и управление на Python

Введение

SparkFun Pi Servo Hat расширяет возможности Raspberry Pi, позволяя управлять до 16 хоббийных сервоприводов через шину I²C. Перенося питание и коммуникацию серв на Hat, вы освобождаете GPIO Pi для других задач и получаете удобный последовательный терминал для настройки без монитора.

Необходимые материалы

Для прохождения руководства соберите следующее. Рекомендуется чистая microSD-карта, а не NOOBS, так как для поддержки Pi Zero W требуются более новые образы ОС.

• Break Away Headers — Straight
• Wall Adapter Power Supply — 5.1V DC 2.5A (USB Micro-B)
• microSD Card with Adapter — 16GB (Class 10)
• Raspberry Pi GPIO Tall Header — 2×20
• Raspberry Pi Zero W
• SparkFun Pi Servo HAT
• Сервопривод для тестов (подойдет универсальный sub-micro сервопривод)

Необходимые инструменты

Специальное оборудование не требуется, кроме базовых паяльных принадлежностей. Для лучших результатов используйте паяльник 30 Вт и бессвинцовый припой.

Обзор железа

Hat намеренно сделан простым. Ключевые элементы:

• USB Micro-B разъем — подает 5 В на сервоприводы и может также питание Pi. Также предоставляет последовательную консоль для настройки Pi без монитора.
• Джампер изоляции питания — замкнут по умолчанию, соединяя шину серв с 5 В Pi. Раземкните при использовании нескольких высокотоковых сервоприводов, чтобы помехи не перезагружали Pi.
• Разъемы сервоприводов — 16 пинов с шагом 0.1 дюйма, рассчитанных на стандартные разъемы хоббийных сервоприводов.

Сборка железа

Рекомендуем сначала припаять мужские пины к Pi Zero W, затем установить Pi Servo Hat. Быстрая техника:

1. Припаяйте один пин к плате.
2. Пока припой горячий, наклоните плату, чтобы пин сел ровно, затем зафиксируйте заголовок.
3. Допаяйте остальные пины.

Повторите процесс с женским заголовком и Pi Servo Hat, убедившись, что короткие пины вставляются снизу платы. Держите заголовки ровно до завершения пайки.

После сборки установите Hat на Pi Zero W. Подключите хоббийный сервопривод к каналу 0, ориентируясь на распиновку в даташите сервопривода. Используйте 5-вольтовый сетевой адаптер для питания Pi и Hat через USB Micro-B разъем, помеченный PWR IN.

Программное обеспечение — Python

PWM-контроллер Hat — I²C-устройство, обычно доступное как SMBus. Полные примеры кода есть в GitHub-репозитории продукта.

Инициализация SMBus

import smbus
bus = smbus.SMBus(1)  # I2C bus 1 на Raspberry Pi
addr = 0x40  # Адрес PWM-чипа по умолчанию

Настройка PWM-чипа

bus.write_byte_data(addr, 0x00, 0x20)  # Включение PWM-модуля
bus.write_byte_data(addr, 0xFE, 0x1E)  # Автоинкремент адресов регистров

Установка ширины импульса для канала 0

bus.write_word_data(addr, 0x06, 0)   # Время начала (всегда 0 для 200 Гц)
bus.write_word_data(addr, 0x08, 1250) # Время окончания → импульс 1.5 мс

PWM-чип работает на 200 Гц (период 5 мс). Регистр stop (0–4095) соответствует шагам 1.2 мкс, поэтому 1250 ≈ 1.5 мс — нейтральное положение для большинства сервоприводов.

Для адресации других каналов добавьте 4 к адресам регистров:

Канал	Start Addr	Stop Addr
0	0x06	0x08
1	0x0A	0x0C
2	0x0E	0x10
3	0x12	0x14
4	0x16	0x18
5	0x1A	0x1C
6	0x1E	0x20
7	0x22	0x24
8	0x26	0x28
9	0x2A	0x2C
10	0x2E	0x30
11	0x32	0x34
12	0x36	0x38
13	0x3A	0x3C
14	0x3E	0x40
15	0x42	0x44

Каждая градус движения требует 4,6 отсчета регистра. Например, смещение 45° от нейтрали — 207 отсчетов (45 × 4,6), которые прибавляются или вычитаются из 1250 для установки нужной ширины импульса.

Для более подробных примеров посетите GitHub-репозиторий и изучите входящие Python-скрипты.

Pi Servo Hat Hookup Guide