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Arduino 多舵机控制：状态机实现多舵机同步动作

article 2025/2/13 16:24:29

引言

在 Arduino 的项目开发中，舵机作为一种常见的执行器，广泛应用于机器人、自动化设备等领域。当需要同时控制多个舵机并实现复杂的动作序列时，合理的编程逻辑至关重要。本文将围绕一段使用状态机来控制多个舵机的 Arduino 代码展开，深入分析其原理、功能以及实际应用价值。

代码整体架构与功能概述

上述代码旨在使用 Arduino 控制 3 个舵机（通过 #define num 3 定义），并通过状态机的方式让它们能够同时动作。代码中定义了多个关键变量，如 myServo 数组用于管理舵机对象，targetAngles 数组存储每个舵机的目标角度，currentAngles 数组记录当前角度，state 变量表示当前状态，以及与时间控制相关的 lastUpdateTime 和 updateInterval。

在 setup 函数中，完成了舵机的初始化连接，并将每个舵机的当前角度初始化为 0。而 loop 函数则是整个代码的核心，通过状态机的 switch 语句，在不同状态之间切换，实现对舵机角度的更新和控制。

代码详细解析

变量定义与初始化：

#include <Servo.h>
#define num 3
Servo myServo[num];
int targetAngles[num];  
int currentAngles[num]; 
int state = 0;          
unsigned long lastUpdateTime = 0; 
const unsigned long updateInterval = 10;

- `#include <Servo.h>` 引入舵机控制库，为后续操作舵机提供函数支持。
- `#define num 3` 定义舵机的数量为 3 个。
- `Servo myServo[num];` 创建一个包含 3 个 `Servo` 对象的数组，用于管理 3 个舵机。
- `targetAngles` 和 `currentAngles` 数组分别用于存储每个舵机的目标角度和当前角度。
- `state` 变量用于表示当前状态机的状态，初始化为 0。
- `lastUpdateTime` 记录上次更新舵机角度的时间，初始化为 0。
- `updateInterval` 定义了更新舵机角度的时间间隔，这里设置为 10 毫秒。

setup 函数：

void setup() {
  // 初始化舵机连接
  for(int i = 0; i < num; i++){
    myServo[i].attach(i + 22);
    currentAngles[i] = 0;
  }
}

在 setup 函数中，通过 for 循环将每个舵机对象连接到 Arduino 的 22 到 24 引脚（i + 22），并将每个舵机的当前角度初始化为 0。

loop 函数：

void loop() {
  unsigned long currentTime = millis();

  if (currentTime - lastUpdateTime >= updateInterval) {
    lastUpdateTime = currentTime;

    switch (state) {
      case 0:
        // 随机设置每个舵机的目标角度
        for (int i = 0; i < num; i++) {
          targetAngles[i] = random(0, 181);
        }
        state = 1;
        break;
      case 1:
        // 更新舵机角度
        bool allReached = true;
        for (int i = 0; i < num; i++) {
          if (currentAngles[i] < targetAngles[i]) {
            currentAngles[i]++;
            allReached = false;
          } else if (currentAngles[i] > targetAngles[i]) {
            currentAngles[i]--;
            allReached = false;
          }
          myServo[i].write(currentAngles[i]);
        }
        if (allReached) {
          state = 0;
        }
        break;
    }
  }
}

- 首先获取当前时间 `currentTime = millis();`，并与 `lastUpdateTime` 比较，当时间间隔达到 `updateInterval`（10 毫秒）时，执行后续操作。
- **状态 0**：在状态 0 中，通过 `for` 循环为每个舵机随机设置一个 0 到 180 之间的目标角度，然后将状态切换为 1。
- **状态 1**：在状态 1 中，通过 `for` 循环遍历每个舵机。如果当前角度小于目标角度，则将当前角度加 1；如果当前角度大于目标角度，则将当前角度减 1。同时，将 `allReached` 标志设置为 `false`，表示有舵机还未到达目标角度。每次更新角度后，使用 `myServo[i].write(currentAngles[i]);` 来控制舵机转动到新的角度。当所有舵机都到达目标角度时（`allReached` 为 `true`），将状态切换回 0，重新开始设置新的目标角度。

实际应用场景与拓展

机器人动作控制：可以应用于小型机器人的关节控制，让多个舵机协同工作，实现机器人的各种动作，如行走、转弯、抓取物体等。
自动化设备：在自动化设备中，如智能窗帘系统，多个舵机可以同时控制窗帘的开合程度，实现更精准的控制。
拓展方向：可以进一步扩展代码，添加传感器输入，根据传感器的数据来动态调整舵机的目标角度；或者与无线通信模块结合，实现远程控制舵机的动作。

总结

通过状态机的方式来控制多个舵机，能够有效地实现舵机的同步动作，避免了使用 delay 函数带来的阻塞问题，提高了程序的实时性和响应性。本文的代码示例为 Arduino 舵机控制提供了一个良好的基础框架，开发者可以根据具体需求进行修改和扩展，创造出更加复杂和有趣的项目。希望本文能对大家在 Arduino 舵机控制的学习和实践中有所帮助。

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