第6课自动门窗#

6.1 项目介绍#

当我们在制作智能家居时，经常会将舵机和门、窗等固定在一起。这样，我们就可以利用舵机转动，带动门、窗等开或关，从而起到家居生活的智能化功能。既然是自动门窗，那就需要动力装置，我们使用的是180度的舵机。再加上一些传感器，就会变得更加自动化，例如添加个雨滴传感器，就可以做下雨自动关窗；增加个RFID，就可以实现刷卡开门等。

6.2 舵机相关资料#

舵机： 舵机是一种位置伺服的驱动器，主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机，其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

伺服电机有多种规格，但它们都有三根连接线，分别是棕色、红色、橙色(不同品牌可能有不同的颜色)。棕色为GND，红色为电源正极，橙色为信号线。

舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来进行控制，橙色的控制线是用来传送脉冲的。一般而言，PWM控制舵机的基准信号周期为20ms（50Hz），理论上脉宽应在1ms到2ms之间，对应控制舵机角度是0°～180°。但是，实际上更多控制舵机的脉宽范围是0.5ms到2.5ms，具体需要自己实际调试下。

经过实测，舵机的脉冲范围为0.65ms~2.5ms。180度舵机，对应的控制关系是这样的：

高电平时间	舵机角度	基准信号周期时间（20ms）
0.65ms	0度	0.65ms高电平+19.35ms低电平
1.5ms	90度	1.5ms高电平+18.5ms低电平
2.5ms	180度	2.5ms高电平+17.5ms低电平

舵机的规格参数：

工作电压：	DC 4.8V〜6V	可操作角度范围：	大约180°(在500→2500μsec)
脉波宽度范围：	500→2500 μsec	外观尺寸：	22.912.230mm

空载转速：	0.12±0.01 sec/60度（DC 4.8V） 0.1±0.01 sec/60度（DC 6V）
空载电流：	200±20mA（DC 4.8V） 220±20mA（DC 6V）
停止扭力：	1.3±0.01kg·cm（DC 4.8V） 1.5±0.1kg·cm（DC 6V）
停止电流：	≦850mA（DC 4.8V） ≦1000mA（DC 6V）
待机电流：	3±1mA（DC 4.8V） 4±1mA（DC 6V）
重量:	9±1g (without servo horn)
使用温度：	-30℃~60℃

6.3 实验组件#


ESP32 Plus主板 *1	水滴传感器模块 *1	180度舵机 *2	3P线 *1	USB线 *1

6.4 模块接线图#

水滴传感器，窗户舵机和门舵机的控制引脚：

窗户舵机（橙黄色线引脚）	io5
门舵机（橙黄色线引脚）	io13
水滴传感器（S引脚）	io34

⚠️ 特别注意：智能家居已经组装好了，这里不需要把水滴传感器和舵机拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！

6.5 控制门来回转动的实验代码1#

/*  
 * 项目: Servo
 * 描述: 门转动
 * 编译IDE：ARDUINO IDE
 * 作者: http//www.keyes-robot.com
*/
#include <ESP32Servo.h>
Servo myservo;  // 创建舵机对象来控制舵机
                // 在ESP32上可以创建16个舵机对象
                
int pos = 0;    // 变量存储舵机位置
// ESP32上推荐的PWM GPIO引脚包括 2,4,12-19,21-23,25-27,32-33 
int servoPin = 13;
                
void setup() {
  myservo.attach(servoPin); // 将引脚5上的舵机连接到舵机对象上
  myservo.write(0);
  delay(1000);
}

void loop() {
	for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) { // 从0°到180°
		// 以1度为步
		myservo.write(pos);    // 告诉舵机到变量“pos”的位置
		delay(15);             // 等待15ms让舵机到达位置
	}
	for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) { // 从180°到0°
		myservo.write(pos);    // 告诉舵机到变量“pos”的位置
		delay(15);             // 等待15ms让舵机到达位置
	}
}

6.6 实验结果1#

按照接线图接好线，外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮上传示例代码至ESP32主控板。示例代码上传成功后，上电后，“智能家居的门” 0~180度来回转动，并且每15ms转动1°。

6.7 代码流程图#

6.8 下雨自动关窗的实验代码2#

使用窗户舵机和雨滴传感器搭配做个下雨自动关窗装置。

雨滴传感器： 这是个模拟输入传感器，水分覆盖到检测面上的面积越大，返回的值越大（范围0~4096）

/*  
 * 项目: auto_window
 * 描述: 水滴传感器控制窗户
 * 编译IDE：ARDUINO IDE
 * 作者: http//www.keyes-robot.com
*/
#include <ESP32Servo.h>

#define servoPin 5
#define waterPin 34
Servo myservo;


void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(waterPin, INPUT);
  myservo.attach(servoPin);   // 将引脚5上的舵机连接到舵机对象上
  myservo.write(100);
  delay(1000);
}

void loop() {
  int water_val = analogRead(waterPin);
  Serial.println(water_val);
  if(water_val > 1500) {
    myservo.write(0);
    delay(1000);
  }
  else {
    myservo.write(100);
    delay(1000);
  }
}

6.9 实验结果2#

按照接线图接好线，外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮上传示例代码至ESP32主控板。示例代码上传成功后，开始窗户自动打开，然后用湿润的手触碰一下雨滴传感器(模拟值water_val>1500时)，窗户就会关闭。

第6课 自动门窗

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