Интерактивный проект сервопривода с Arduino и датчиками HC‑SR04

Компоненты и материалы

Необходимые инструменты

• Паяльник
• Клейкий пистолет

Программное обеспечение

• Arduino IDE

О проекте

Видео демонстрирует работу 36 сервоприводов, создающих электронное искусство. Управление осуществляется Arduino Uno и тремя 16‑канальными PWM‑контроллерами Adafruit. Идея вдохновлена крупной установкой с 450 сервоприводами в музее современного искусства, но даже эта мини‑версия даёт впечатляющие эффекты.

Интерактивный режим (опционально)

Пять ультразвуковых датчиков HC‑SR04 монтируются на верхнем крае панели. При помещении руки над центральным датчиком система переходит в интерактивный режим: все сервоприводы следуют за движением руки. Через несколько секунд после ухода руки программа возвращается к демонстрационному шоу. Функция полностью опциональна — код работает и без датчиков.

Аппаратная часть

Проект собран на перфорированной плате 24×48 дюймов (ширина уменьшена до 32 дюймов). Сервоприводы закреплены клеевым пистолетом с шагом 4 дюйма. Палочки для мороженого (длиной 82 мм) клеятся на валы сервоприводов.

SG90 — самая затратная позиция. Набор из 8 штук стоит около $20 на Amazon, итого ~$100. Формально SG90 — 180° сервоприводы, но многие не достигают полного хода. Из 5 наборов (40 шт.) обычно можно отобрать 36 хороших с ходом ≥160°.

Сервоприводы предварительно устанавливают в минимальную позицию (PWM 150), палочки крепят горизонтально вправо (вид спереди). Для проверки предоставлен скетч SetServosToMinimum.

На фото видна обратная сторона: три PWM‑контроллера слева, блок питания 30 Вт справа. Arduino питается отдельно через USB‑адаптер — удобно для перепрошивки. Опциональные ультразвуковые датчики закреплены сверху на клее и палочках. Маленькая макетная плата под Arduino распределяет питание и землю на датчики.

Программная часть

Используется библиотека Adafruit PWM Servo Driver (установить через менеджер библиотек). Код работает как с датчиками, так и без них. Шоу длится чуть более 3 минут, затем повторяется. При наличии датчиков включается интерактивный режим.

Алгоритм использует две таблицы: curPos (текущие позиции /3) и tarPos (целевые позиции /3). Деление на 3 позволяет хранить значения в byte и двигать сервоприводами шагами по 3 единицы.

В setup() все сервоприводы выравниваются в вертикальное положение, таблицы инициализируются. Основная подпрограмма goToTargets() плавно перемещает сервоприводы к целям. Скорость задаётся параметрами reps (кратность 15 шагов) и mydelay (задержка в мс).

Интерактивность обрабатывает подпрограмма trackRoutine: вызывается, когда goToTargets обнаруживает руку над центральным датчиком. Сервоприводы пытаются повторить движение руки. После потери сигнала на несколько секунд управление возвращается к основной программе.

Код

ServosArt Software for Arduino Uno — скачать из репозитория (превью недоступно).

Схемы

Подключение Arduino и сервоприводов через три 16‑канальных контроллера:

Подключение 5 ультразвуковых датчиков для отслеживания руки: