伺服馬達
透過伺服馬達執行一定角度的動作，例如：智慧小屋的開關門、雲台攝影機的旋轉腳座。其電子零件樣貌如下圖，其腳位線路依顏色區分為：紅色(VCC)、棕色(GND)及橘色(控制信號)，旋轉角度理論值為0 ~ 180度，但實際控制範圍可能略小於此範圍。
通常伺服馬達的配件會有三種不同樣式的軸柄，依據實際應用面來採用。並附有三顆螺絲，其中兩顆較長且帶尖端的螺絲，可用來將伺服馬達固定於基座上；另一顆平底較短的螺絲，是用來鎖軸柄與伺服馬達的轉軸。
伺服馬達的轉動角度控制方式，是對橘色線輸入一個特定週期的脈波，以脈波佔據週期的比例(Duty Cycle、或稱工作週期)，來實現旋轉角度的控制。下圖是控制伺服馬達的訊號，當工作週期為7.5%時，伺服馬達將旋轉至90度的位置。
# 實作步驟
- 學習使用
- 設計電路圖
- 連接電路
- 搭建積木程式 & 執行
# 學習使用
學習使用伺服馬達對應的積木，讓其旋轉至90度位置，並維持在該角度。(觀看下方的影片，發現伺服馬達一直有微動，原因稍後會說明。)
# 設計電路圖
電路圖設計如下：(注意連接的線路顏色)
# 連接電路
實際線路如下圖，建議連接步驟如下，若您要移除電路時，請使用相反的順序進行即可。
- 於麵包板上連接相關元件
- 資料、控制腳位連接上樹莓派
- GND腳位連接上樹莓派
- VCC(5V or 3.3V)腳位連接上樹莓派
# 搭建積木程式 & 執行
開啟積木程式畫面如下，若您已經下載代理程式，並且完成「rp_agent」設定，可以將首次使用須知下方的框框，勾選「不再顯示此訊息」，並按下「確定」按鈕。
PS. cwBlockly頁面請於樹莓派中執行。
初始畫面如下。
控制伺服馬達的積木位於「馬達元件」→「伺服馬達」。
拖曳「伺服馬達定義積木」至RPi預設積木中，並將腳位編號改為12。
要控制伺服馬達的旋轉角度，需要透過角度設定積木。請再次打開「伺服馬達」積木區，拖曳並放置「角度設定積木」積木。
點擊角度設定的空白輸入框，會顯示一個圓餅圖，讓您透過滑鼠游標來設定角度。
因控制伺服馬達的方式，需要不斷的產生脈波，所以不能讓程式結束，故需要加上一個迴圈。(迴圈內有延遲時間，來避免過度佔用CPU資源。)
「執行」程式，請點擊右上方紅色Play按鈕。
此時就會發現伺服馬達雖然旋轉至90度的位置，但卻有晃動的現象。其原因是產生脈波的PWM，是以軟體的方式來輸出特定脈波，因樹莓派的作業系統是多工分時，所以程序運行在CPU的時間，不固定且會不停的切換，造成輸出的脈波工作週期，無法保證都是Duty Cycle 7.5%，就會讓伺服馬達轉到其他的角度，所以晃動的原因就是轉動的角度，在90度與其他的角度之間來來回回。
下載本範例積木程式 Servo_Motor_01.rpb。
是否有改善的方式呢？既然有軟體的方法，當然也有硬體的方案。樹莓派內含兩組硬體PWM的控制，第1組硬體PWM同時輸出至實際腳位12(GPIO 18)及32(GPIO 12)，第2組的實際腳位為33(GPIO 13)及35(GPIO 19)。
我們只需要將「伺服馬達定義積木」，從原本的軟體PWM積木，換成硬體PWM積木即可。開啟「伺服馬達」積木區，拖曳並放置「硬體PWM伺服馬達定義積木」於程式積木中。
點一下腳位GPIO輸入框，下拉選擇「18(12)」，此處的意思是讓控制腳位為實際板上接腳編號12，且對應的GPIO編號為18，也就是第1組硬體PWM。
在原伺服馬達定義積木，按下滑鼠右鍵，選擇「刪除」選項。
再次執行程式，效果如下片段。(因不會產生晃動，怕看不出差異，所以影片一開始讓伺服馬達停留在非90度的位置。)
下載本範例積木程式 Servo_Motor_02.rpb。
當然除了固定角度之外，也可以讓伺服馬達週期性的作動，底下提供一個來回轉動的範例。
下載本範例積木程式 Servo_Motor_03.rpb。
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