Der Servo-Motor

Früher oder später kommt jeder Maker an den Punkt, an dem er ein Projekt mit einem Servo-Motor bauen möchte – z.B. für einen Zeiger oder für einen Roboterarm. In dieser Lektion lernst du, wie du einen Servo am Arduino anschließt und steuerst.

WAS IST EIN SERVO?

Zunächst ein paar Worte darüber, was ein Servo eigentlich ist: Hierbei handelt es sich um einen Motor, der nicht einfach nur anfängt zu laufen, sondern den du auf eine bestimmte Position drehen kannst. Das heißt, du kannst ihm einen Winkel von 0° bis 180° zuweisen und damit z.B. einen am Servo montierten Zeiger im Halbkreis drehen lassen.

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DIE BIBLIOTHEK SERVO.H

Damit die Steuerung für dich so einfach wie möglich ist, gibt es die Bibliothek Servo.h – die in der Regel bereits vorinstalliert ist, sodass du sie ohne Umwege in deinem Sketch einbinden kannst. Mit ihr kannst du bis zu 12 Motoren an einem Arduino verwenden.

Binde die Bibliothek am Anfang deines Sketchs wie folgt ein:

#include <Servo.h>

Zwei Funktionen der Bibliothek benötigst du immer wieder, wenn du mit Servos arbeitest:

• attach(pin) – Hier legst du einmalig den Pin fest, an dem dein Servo-Motor angeschlossen ist
• write(angle) – Damit “fährst” du den Servo an den gewünschten Winkel (angle)

Im Verlauf dieser Lektion schauen wir uns diese Funktionen genauer an. Weitere Funktionen dieser Bibliothek lernst du in der Arduino-Referenz kennen.

DIE MINIMALSCHALTUNG

Für die allerersten Gehversuche reicht es, wenn du deinen Servo wie folgt mit deinem Arduino verbindest. Für das Signal (orange) kannst du natürlich einen Digitalpin deiner Wahl verwenden. In den folgenden Sketches verwenden wir jedoch immer Pin 8.

Hinweis: Jeder Servo hat drei Kabel: Strom (5V), Masse (GND) und Signal. Diese haben jedoch je nach Modell eine unterschiedliche Reihenfolge. Vergewissere dich immer, dass du alles richtig angeschlossen hast, bevor du ihn mit Strom versorgst.

DER ERSTE SKETCH

Auch hier halten wir alles so einfach wie möglich. Kopiere dir den folgenden Sketch und lade ihn auf deinen Arduino.

#include <Servo.h>

Servo myServo;

void setup() {
  myServo.attach(8);
}

void loop() {
  myServo.write(0);
  delay(2000);
  myServo.write(90);
  delay(2000);
  myServo.write(180);
  delay(2000);
  myServo.write(90);
  delay(2000);
}

Ganz oben im Sketch bindest du die Bibliothek Servo.h ein. Danach erstellst du ein Objekt mit dem Namen myServo.

Im Setup verknüpfst du mithilfe der Funktion attach() den Digitalpin mit diesem Objekt – oder einfacher gesagt, du teilst deinem Arduino mit, dass dein Servo am Pin 8 hängt.

Im Loop steuerst du mit deinem Motor nun verschiedene Winkel mit der Funktion write() an. Du beginnst bei 0° und wartest zwei Sekunden. Danach drehst du weiter auf 90°, dann auf 180°, zurück auf 90° – und wieder von vorne.

EINEN KONDENSATOR VERWENDEN

Ein Servo benötigt recht viel Strom, vor allem zu Beginn einer Bewegung. Das kann zu einem Spannungsabfall führen, der zu ungewünschten Ergebnissen bis hin zu einem Reset des Arduinos führen kann.

Um dem vorzubeugen, kannst du einen Kondensator in die Stromversorgung des Motors einbauen, wie du hier sehen kannst:

Der Kondensator mit einer Kapazität von mindestens 470µF speichert Energie, die der Servo neben jener vom Arduino nutzen kann. Damit kannst du den Spannungsabfall etwas verringern.

Hinweis: Wenn du einen Elektrolytkondensator (Elko) verwendest, achte unbedingt auf die richtige Polarität: Die Seite mit dem hellen Strich (s. Screenshot oben) muss an Erde (GND). Wenn du die Seiten vertauschst, kann der Kondensator explodieren!

Wenn auch ein Kondensator nicht hilft, kannst du deinen Servo an seinen eigenen Stromkreis anschließen, der vom Arduino (und weiteren dort angeschlossenen Teilen) unabhängig ist.

DEN SERVO MIT EINEM POTI STEUERN

Jetzt gehen wir noch einen Schritt weiter: Du steuerst deinen Motor mit einem Poti. Ziel ist es hierbei, dass er sich analog zu den Bewegungen des Potentiometers dreht.

Füge also deinem Aufbau ein Poti wie folgt hinzu.

Kopiere dir anschließend den folgenden Sketch und lade ihn auf deinen Arduino:

#include <Servo.h>

int servoPosition;
int potiValue;

Servo myServo;

void setup(){
  pinMode(0, INPUT);
  myServo.attach(8);
}

void loop(){
  delay(10);
  potiValue = analogRead(0);
  servoPosition = map(potiValue, 0, 1024, 0, 180);
  myServo.write(servoPosition);
}

Neu in diesem Sketch sind zwei Variablen. In servoPosition speicherst du den Winkel, den der Servo ansteuern soll. In potiValue steht der aktuelle Wert des Potis, den du so ausliest und speicherst:

 potiValue = analogRead(0);

Jetzt wird es interessant: Den Winkel des Servos bestimmst du mit der Funktion map(). Hier “mappst” du den Wert, den dein Poti ausgibt (potiValue) auf den entsprechenden Winkel des Servos (servoPosition). Hierfür benötigst du sowohl für den Poti als auch für den Motor den Minimal- und Maximalwert. Für den Poti sind das 0 und 1024 – für den Servo 0 und 180 (Grad).

 servoPosition = map(potiValue, 0, 1024, 0, 180);

Zuletzt bewegst du den Motor auf die errechnete Position:

 myServo.write(servoPosition);

Und das soll es erst einmal gewesen sein. 🙂 Du weißt jetzt, wie du einen Servo-Motor am Arduino anschließt und ihn auf verschiedene Arten und Weisen steuern kannst. In der nächsten Lektion baust du dir mit deinem neuen Wissen ein Analog-Thermometer.