En el tutorial de hoy vamos a ver los conceptos básicos para controlar un pequeño servo con nuestra Raspberry Pi. ¿No sabes qué es un servo? Mira nuestro artículo sobre motores servo para tener una idea de qué son estos motores  y cómo funcionan, pues serán muy útiles en futuros proyectos en los que pensemos mover cosas.

¿Qué necesitamos?

Utilizaremos una Raspberry Pi (con sus accesorios básicos como el teclado y el ratón, el cable HDMI y la alimentación por USB) con Python, una placa de prototipado, una fuente de alimentación externa, un motor servo y unos cuantos cables. La fuente de alimentación externa la emplearemos para alimentar el motor. Si bien podemos alimentar un pequeño dispositivo/sensor con la Pi, no es recomendable emplearla para darle corriente directamente a los servos y los motores en general, pues consumen mucha corriente y pueden hacer que nuestro sistema sea inestable (e incluso cargarse alguno de los pines de nuestra pi). Por ello, el único cable que conectaremos desde la Raspberry al servo será el cable que llevará la señal de control.

 

 

Realizar las conexiones

Ya vale de teoría, ¿cuándo empezamos? Vamos a mostraros las conexiones del circuito. Lo mejor será ilustrarlo con una fotografía.

 En la imagen adjunta, puedes ver las conexiones a la Raspberry Pi y al servo motor. Hemos conectado el pin 3 (GPIO2) de la Pi a la señal de control del servo, mientras que utlizaremos una fuente de alimentación externa para alimentar el servo. En la imagen puedes observar también que hemos utilizado el pin 9 (GND) y lo hemos conectado al negativo (GND) de nuestra fuente de alimentación. Este último paso es importante, de lo contrario el servo no interpretará correctamente la señal que le enviamos. Mira los pines en nuestra página de conexiones.

Tabla de conexiones:

PIN	Destino
GPIO2 (pin 3)	Señal de control del servo (naranja)
GND (pin 9)	GND de nuestra fuente
V+ fuente 5V	Positivo del servo (rojo)
V- fuente 5V	Negativo del servo (marrón)

Instalar la librería pigpio

Para instalar esta librería (que posiblemente ya tengas instalada), bastan los dos siguientes comandos:

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install pigpio python-pigpio python3-pigpio

Puedes leer algo más sobre esta librería en el siguiente enlace: http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/index.html

Lanzar el programa de ejemplo

Primero tendrás que editar el siguiente código en un fichero de nombre testservo.py.

#!/usr/bin/env python

# testservo.py

import time

import pigpio

pi = pigpio.pi() # Connect to local Pi.

# set gpio modes
pi.set_mode(2, pigpio.OUTPUT)


# start 1500 us servo pulses on gpio2
pi.set_servo_pulsewidth(2, 1500)
time.sleep(1)
for _i in range(5): #loop between -90 and 90 degrees
pi.set_servo_pulsewidth(2,2500)
time.sleep(1)
pi.set_servo_pulsewidth(2,600)
time.sleep(1)
pi.set_servo_pulsewidth(2, 1500)
time.sleep(1)

pi.set_servo_pulsewidth(2, 0) # stop servo pulses

pi.stop() # terminate connection and release resources

A continuación, le damos permisos de ejecución al código

[email protected]:~/pantiltproject $ chmod +x testservo.py

Lanzamos el demonio pigpio

Siempre que vayas a utilizar la librería, tendrás que ejecutar el demonio pigpiod (cada vez que reinicies tu raspberry pi, salvo que lo tengas automatizado en el inicio). Se trata de un programa que escuchará las peticiones de nuestro código y las ejecutará, de modo que podamos controlar los pines usando la librería. Comprobarás que tu programa se queja si no lo haces.

[email protected]:~/pantiltproject $ sudo pigpiod

Ejecutamos el código

[email protected]:~/pantiltproject $ ./testservo.py

Si lo hemos hecho todo bien, nuestro servo se centrará y oscilará entre 90º y -90º durante cinco ciclos, para acabar centrado.

¡Enhorabuena! Ya sabes cómo trabajar con servos en la Raspberry Pi.

 

Información adicional

¿No utilizabas antes la librería RPIO?

Cierto, en ejemplos antiguos empleábamos la librería RPIO. Sin embargo, a día de hoy la versión oficial es la 0.10.0, y esta es incapaz de reconocer la raspberry pi 3, fíjate lo que nos dice cuando ejecutamos en una Rpi3:

[email protected]:~/pantiltproject $ sudo python testservo.py
Traceback (most recent call last):
File "testservo.py", line 1, in <module>
from RPIO import PWM #import the library for PWM
File "build/bdist.linux-armv7l/egg/RPIO/__init__.py", line 115, in <module>
File "build/bdist.linux-armv7l/egg/RPIO/_GPIO.py", line 7, in <module>
File "build/bdist.linux-armv7l/egg/RPIO/_GPIO.py", line 6, in __bootstrap__
SystemError: This module can only be run on a Raspberry Pi!

En su repositorio github tienen abierto un issue sobre el asunto. Parece ser que se resuelve clonando una versión posterior, pero que no es la que se encuentra en los repositorios oficiales. Aun así, no nos parece bien que dos años después no se haya resuelto el problema, así que hemos buscado una alternativa que también trabaje con DMA y nos permita concentrarnos en nuestros proyectos.

¿Qué es RPIO.PWM? ¿Y DMA?

Durante mucho tiempo (aún ahora), para controlar los pines de la Pi se ha empleado una librería llamada RPi.GPIO, que nos da acceso a las entradas y salidas GPIO (General Purpose Input Output). El problema viene cuando nos damos cuenta de que esta librería utiliza algunos recursos de la CPU y no es tan rápida como queríamos. Para solventar el problema se creó RPIO.PWM, que nos permite escribir los valores usando los canales DMA (Direct Memory Access) y no consume casi ningún ciclo de CPU, por lo que será la librería que emplearemos en nuestros proyectos hemos buscado una librería con estas características para nuestro proyectos.

Otro detalle de la librería es que no necesitamos un canal DMA para cada servo (podemos controlar varios servos con distintos pines de salida de la GPIO), sino que asignamos un canal a la librería y luego podemos trabajar con varios servos en simultáneo.

Instalar la librería RPIO

Si bien ya no utilizamos esta librería, te dejamos aquí la instalación y el código que se empleaba anteriormente. La instalación, tal como se describe en la documentación es como sigue:

$ sudo apt-get install python-setuptools
$ sudo easy_install -U RPIO

Código para mover el servo motor con RPIO

Nota: este código utiliza librerías que acceden internamente al hardware. Por lo tanto, tendrás que ejecutarlo en modo root (sudo python testservo.py).

El siguiente código escrito en Python sirve para realizar unos sencillos movimiento con el servo. Primero que nada una pequeña dosis de realidad: las especificaciones de los motores servo no son perfectas, especialmente si son tan económicos como el que empleamos en estas pruebas. Si bien en el datasheet se indicaba uqe con una señal de 2ms se alanzarían los 90 grados, en la práctica esa señal sólo mueve el servo hasta los 45º, haciendo necesario enviar una señal de 2.5ms para colocarlo en 90º. Tras varias pruebas, la señal que necesitamos para mover el servo a -90º es de 0.6ms, frente al 1 ms que indica el datasheet.

(nota: habrás notado que la señal de 2.5ms excede el ciclo de control de 2ms, y nos resulta muy curioso, pero en este momento no disponemos de otro modelo de servo para comprobar si el problema radica en la librería PWM o en el servo, así que lo dejaremos para otro momento.)

El código importa la librería PWM y time (sólo para hacer delays), y hace una llamada de inicialización de la librería. A partir de ahí, le mandamos una señal de 1.5ms para colocarlo en 0 grados, y entramos en un bucle que se repetirá 10 veces en el que movemos alternativamente el servo entre 90º y -90º. Este código, bastante sencillo, es todo lo que se necesita para trabajar con un servo. Nótese que podríamos mandar una señal a cualquier otra GPIO y mover varios servos simultáneamente. La librería para el servo al finalizar el programa, pero si tenemos un programa largo y queremos dejar de mandarle una señal, podemos hacer servo.stop_servo(2), donde el número indica la salida GPIO a parar.

from RPIO import PWM          #import the library for PWM
import time                   #import time for pauses
servo=PWM.Servo()             #initialize the servo library
servo.set_servo(2,1500)       #center the MG90S
time.sleep(1)
for _i in range(10):          #loop between -90 and 90 degrees
    servo.set_servo(2,2500)
    time.sleep(1)
    servo.set_servo(2,600)
    time.sleep(1)
servo.set_servo(2,1500)
time.sleep(1)

Sobre canales DMA.

Los canales DMA permiten al hardware de control de los GPIO acceder directamente a la memoria sin necesidad de la intervención de la CPU. Existen 15 canales DMA en nuestra RPi que podemos utilizar con nuestra librería. Hay que tener en cuenta, sin embargo, qué canales pueden estar ocupados, porque de lo contrario no conseguiremos trabajar con ellos. El canal 0 está ocupado con el frame buffer, los canales 1,3,6 y 7 por la GPU, el 2 está reservado para la tarjeta SD, y el 15 lo pusieron en otro lado (la explicación es algo complicada y la dejamos para otro día). Por lo tanto, hay que tener cuidado en nuestro código para emplear otro canal de los que acabamos de mencionar.

 

fuentes: foro de raspberry pi, raspberry pi exchange, muestras de código de RPIO

¿Tienes alguna duda sobre este mini proyecto? ¿Has aplicado lo que has aprendido en un proyecto interesante? ¡Te esperamos en los comentarios!