手把手教你用 MicroPython 玩转幻尔串口舵机，代码+教程全公开

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FreakStudio的博客

摘要

MicroPython串口舵机库，支持幻尔科技全系列舵机，支持mpremote工具一键导入，28条指令全测试。

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1.原先库存在的问题

image

这里，我们看厂家提供的MicroPython库中代码：

image
image

实际上，并没有很好的实现功能解耦和充分利用Python面向对象的特性。
可以看到，多个方法中间存在重复的收发逻辑：
image
同时，UART 波特率（115200）、超时时间（50ms）等硬编码在代码中，而非可配置：
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并且，无 API 文档和示例代码，不利于用户快速上手，也缺乏必要的入口参数校验机制，如判断舵机ID、角度范围、速度范围是否合理：
image

因此，我决定自己写一个MicroPython版本的幻尔科技串口舵机库。
仓库地址为：
Freak嵌入式-MicroPython串口舵机库

我也将其发布到了PyPi上（虽然不适合发布到上面，只是方便后期讲解Python发布第三方库）：
Freak嵌入式-MicroPython串口舵机库-PyPi
image

2.serial_servo库介绍

2.1 简介与主要特性

通过串口舵机库，用户可以控制多个舵机的角度、速度等参数，实现高效、灵活的舵机控制，程序中使用了串口通讯与舵机进行数据交互，提供了完整的控制命令和反馈解析功能。

推荐大家使用我们的串口舵机扩展板，感谢支持：
Freak嵌入式-多米诺系列-串口舵机驱动板
主要特性包括：

  • 使用UART串口与舵机通信，支持多舵机控制。
  • 支持舵机的角度、速度、工作模式等多种设置。
  • 支持舵机温度、电压、角度等实时读取。
  • 校验和机制确保数据传输的完整性，幻尔科技串口舵机28条指令全部实现，并且封装为类。
  • 完整的异常捕获机制，对入口参数进行详细检查。
  • 注释完善，所有方法和类均提供了类型注解。

该类封装了舵机控制相关的所有功能，包括生成和发送控制指令、接收舵机反馈、读取舵机状态等。
UART_SERVO_Class

  • __init__(self, uart: UART) -> None：初始化串口舵机控制类。
  • calculate_checksum(data: list[int]) -> int：计算校验和，确保数据的完整性和正确性。
  • build_packet(servo_id: int, cmd: int, params: list[int]) -> bytearray：构建舵机控制指令包。
  • send_command(servo_id: int, cmd: int, params: list[int] = []) -> None：发送控制指令到指定舵机。
  • receive_command(expected_cmd: int, expected_data_len: int) -> list：接收并解析舵机返回的指令数据包。
  • move_servo_immediate(servo_id: int, angle: float, time_ms: int) -> None：立即控制舵机转动到指定角度。
  • get_servo_move_immediate(servo_id: int) -> tuple：获取舵机的预设角度和时间。
  • move_servo_with_time_delay(servo_id: int, angle: float, time_ms: int) -> None：控制舵机延迟转动到指定角度。
  • get_servo_move_with_time_delay(servo_id: int) -> tuple：获取舵机的延迟转动角度和时间。
  • start_servo(servo_id: int) -> None：启动舵机的转动。
  • stop_servo(servo_id: int) -> None：立即停止舵机转动并停在当前角度位置。
  • set_servo_id(servo_id: int, new_id: int) -> None：设置舵机的新 ID 值。
  • get_servo_id(servo_id: int) -> int：获取舵机的 ID。
  • set_servo_angle_offset(servo_id: int, angle: float, save_to_memory: bool = False) -> None：根据角度值调整舵机的偏差。
  • get_servo_angle_offset(servo_id: int) -> float：获取舵机的偏差角度。
  • set_servo_angle_range(servo_id: int, min_angle: float, max_angle: float) -> None：设置舵机的最小和最大角度限制。
  • get_servo_angle_range(servo_id: int) -> tuple：获取舵机的角度限位。
  • set_servo_vin_range(servo_id: int, min_vin: float, max_vin: float) -> None：设置舵机的最小和最大输入电压限制。
  • get_servo_vin_range(servo_id: int) -> tuple：获取舵机的电压限制值。
  • set_servo_temp_range(servo_id: int, max_temp: int) -> None：设置舵机的最高温度限制。
  • get_servo_temp_range(servo_id: int) -> int：获取舵机的内部最高温度限制值。
  • read_servo_temp(servo_id: int) -> int：获取舵机的实时温度。
  • read_servo_voltage(servo_id: int) -> float：获取舵机的实时输入电压。
  • read_servo_pos(servo_id: int) -> float：获取舵机的实时角度位置。
  • set_servo_mode_and_speed(servo_id: int, mode: int, speed: int) -> None：设置舵机的工作模式和电机转速。
  • get_servo_mode_and_speed(servo_id: int) -> tuple：获取舵机的工作模式和转动速度。
  • set_servo_motor_load(servo_id: int, unload: bool) -> None：设置舵机的电机是否卸载掉电。
  • get_servo_motor_load_status(servo_id: int) -> bool：获取舵机电机是否装载或卸载。
  • set_servo_led(servo_id: int, led_on: bool) -> None：设置舵机的 LED 灯的亮灭状态。
  • get_servo_led(servo_id: int) -> bool：获取舵机 LED 的亮灭状态。
  • set_servo_led_alarm(servo_id: int, alarm_code: int) -> None：设置舵机 LED 闪烁报警对应的故障值。
  • get_servo_led_alarm(servo_id: int) -> int：获取舵机 LED 故障报警状态。

2.2 核心方法介绍

该类的核心是通过 UART（串口通信）与舵机通信。类中的常量定义包括了多种控制命令和舵机相关的设置。这些常量包括了指令的编号、参数长度和返回数据长度。例如：

  • SERVO_MOVE_TIME_WRITE 和 SERVO_MOVE_TIME_READ 是与舵机位置控制相关的指令及其参数格式。
  • SERVO_ID_WRITE 和 SERVO_ID_READ 是与舵机ID相关的读写指令。

这些常量帮助类在进行通信时，能确保发送正确的指令和正确解析返回的数据。

READ_COMMANDS 集合定义了所有读取命令的编号，这些命令对应舵机的数据读取请求，例如，读取舵机的实时电压、角度、温度等信息。
这个集合便于在 receive_command() 方法中判断接收到的数据是否为期望的读取命令。

串口舵机类的核心方法为：

  • 构建数据包方法 build_packet：该方法用于构建舵机控制的指令包，指令包由以下部分组成：
    • 帧头：固定为 0x55, 0x55
    • 舵机ID：唯一标识每个舵机
    • 数据长度：包括指令和参数
    • 指令编号：具体的控制指令
    • 参数：控制指令的参数
    • 校验和：用于校验数据包的完整性

build_packet

  • 发送指令方法 send_command：该方法构建指令包并通过 UART 发送给舵机，它调用了build_packet()来构造数据包，
    并通过self.uart.write()发送数据。

send_command

  • 接收指令方法 receive_command：receive_command() 方法用于接收来自舵机的反馈数据，此方法的工作过程如下：
    1. 命令验证：确认接收到的是读取命令，而不是其他类型的命令。
    2. 数据检查：检查数据的帧头是否正确，命令编号是否匹配，数据长度是否符合预期。
    3. 校验和验证：验证接收到的数据包的校验和是否正确，确保数据未被篡改。
    4. 数据解析：根据返回的数据长度，解析并返回舵机的状态或数据（例如电压、角度等）。
    5. 如果数据包无效（如校验和错误、数据长度不符等），该方法将返回空列表。

receive_command

SerialServo 类的设计通过封装舵机控制指令和数据包的构建逻辑，简化了舵机通信过程，核心思路是通过统一的数据包格式和校验机制确保指令的正确传输，
结合 UART 通信接口实现与舵机的高效交互。类内指令常量和参数处理使得操作更加清晰易懂，
同时通过校验和和数据长度的验证确保数据的完整性和可靠性。

3.如何使用

3.1 安装依赖

在运行示例程序之前，确保你的环境中安装了machine和time等模块。你可以通过MicroPython的包管理器安装依赖。

您可以使用如下语句和 mpremote 工具安装该库：

mpremote mip install https://github.com/leezisheng/freakstudio-micropython-libraries/tree/main/serial_servo

或者（推荐）：

mpremote mip install github:leezisheng/freakstudio-micropython-libraries/serial_servo

安装进行中会显示：

(base) PS D:\lee\windows terminal\terminal-1.17.11461.0> mpremote mip install github:leezisheng/freakstudio-micropython-libraries/serial_servo
Install github:leezisheng/freakstudio-micropython-libraries/serial_servo
Installing github:leezisheng/freakstudio-micropython-libraries/serial_servo/package.json to /lib
Installing: /lib/serial_servo/__init__.py
Installing: /lib/serial_servo/serial_servo.py
Installing micropython-machine (latest) from https://micropython.org/pi/v2 to /lib
Package may be partially installed
mpremote: Package not found: https://micropython.org/pi/v2/package/6/micropython-machine/latest.json

安装完成后，通过mpremote工具，连接你的开发板，如果成功安装，会显示如下信息：

(base) PS D:\lee\windows terminal\terminal-1.17.11461.0> mpremote connect COM8
Connected to MicroPython at COM8
Use Ctrl-] or Ctrl-x to exit this shell>>> import os
>>> os.listdir()
['lib']
>>> from serial_servo import SerialServo
>>>

如果通过 mpremote 安装失败，您可以选择手动安装库，即选择 Download ZIP，然后解压文件。

  1. 将该程序文件保存为 serial_servo.py。
  2. 确保使用的主控板通过舵机驱动扩展板已连接好舵机和串口，接线供电无异常。
  3. 在MicroPython环境中，通过import serial_servo导入该模块。

3.2 使用示例

在使用前，我们需要注意:

  • 硬件连接：确保舵机的电源和控制线正确连接
  • 串口通信参数设置：串口通信的波特率必须与舵机的波特率匹配，为115200，数据位为8，无校验位，停止位为1。
  • 响应等待：每次发送指令后，最好等待舵机响应，避免指令丢失。

你可以像下面这样，去调用串口舵机控制类中方法控制舵机或者读取其状态：

from machine import Pin, UART
from serial_servo import SerialServo# 配置UART串口
uart = UART(1, baudrate=115200, tx=Pin(4), rx=Pin(5))# 初始化串口舵机控制类
servo = SerialServo(uart)# 控制舵机转到指定角度
servo.move_servo_immediate(servo_id=1, angle=90.0, time_ms=1000)# 获取舵机的角度和时间设置
angle, time = servo.get_servo_move_immediate(servo_id=1)
print(f"Servo ID: 1, Angle: {angle}, Time: {time}")

下面是实测的相关图片：
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如有任何问题或需要帮助，请通过 10696531183@qq.com 联系开发者。

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