树莓派4B-Python-使用PCA9685控制舵机云台+跟随人脸转动

前言

先说明一下哈，本人用的是树莓派4B，Python的版本为3.7，OpenCV的版本为3.2.0

计划了好久的舵机云台终于有机会做出来了！原先一开始用的是塑料的云台+SG90舵机，但效果有点怪，云台会乱抽搐，于是换了金属的云台+SG90s舵机，嘿嘿，现在就没啥问题。

后来想了一下，还是觉得是以下的问题导致云台抽搐的：

1. 舵机线靠近其他正在通电的电源线，受到电磁的干扰，导致舵机信号被干扰；
2. PCA9685舵机控制板的问题。

   1、与舵机的接线接触不良；

   2、控制板与树莓派的接线接触不良。一般为通信线接触不良。

   3、控制板的5V供电有问题。输出电压不够5V或输出电流小于1A。

3. 云台顺滑度的问题。本人的就是云台的上下转动的舵机那里卡了，导致变换不了舵机的角度，最后舵机发热严重，排查了好久才发现这个问题。

一、SG90s舵机是什么？

简单的说，就是SG90舵机的齿轮换成了金属齿轮而已，扭力增加了而已。可以理解为SG90舵机的升级版吧。

还是不知道的可以参考之前写的关于舵机的内容：

树莓派4B-Python-控制舵机

树莓派-Pico控制舵机

二、PCA9685与舵机信号线的接线图

简单说明一下接线：

一定要接V+到5V，不然板子达不到控制舵机的效果。

若想外接5V1A的电源，那最好是将那个电源的GND与树莓派的GND连上，也就是共地。

提示：使用下面的代码前，记得先测试好舵机的转动角度哦，若转动的角度会卡死的话，舵机轻则发热，重则爆炸，所以切记切记，一定要先确定好舵机转动的范围。

三、控制SG90s云台（也可用来测试舵机转动的范围）

import time  # 引入time库
from adafruit_servokit import ServoKit  # 引入刚刚安装的PCA9685库并将名字缩写成ServoKit方便后续调用
# from Adafruit_PCA9685 import ServoKit
kit = ServoKit(channels=16)  # 明确PCA9685的舵机控制数
Servo1 = kit.servo[0]  # 左右转向的舵机
Servo2 = kit.servo[1]  # 上下移动的舵机
Servo3 = kit.servo[2]  # 前后伸缩的舵机
Servo4 = kit.servo[3]  # 夹子舵机
Servo5 = kit.servo[14]
Servo6 = kit.servo[15]
Servo = [Servo1, Servo2, Servo3, Servo4, Servo5, Servo6]
def servo_start(servo_number, start_angle, stop_angle, angle_sleep, time_sleep):
    """
    servo_number:设置想要控制的舵机通道
    start_angle:设置起始的角度
    stop_angle:设置终止的角度
    angle_sleep:设置角度变换的步长  一般设为10
    time_sleep:设置角度变换的间隔   数字越小越快，但最好不要设置太快，舵机会反应不过来然后抽搐。
        最快0.005s，但是到达指定角度位置后需要等待1s左右让程序反应过来，否则会抽搐。
    """
    for speed in range(start_angle, stop_angle, angle_sleep):
        servo_number.angle = speed
        print(speed)
        time.sleep(time_sleep)
def servo_dongzuo1():
    """
    先让机械臂向后缩，然后向前伸，再向下移动，最后向上移动，这就回到了原点
    """
    time_sleep = 0.01
    servo_start(Servo3, 110, 41, -1, time_sleep)
    servo_start(Servo3, 40, 111, 1, time_sleep)
    time.sleep(0.1)
    servo_start(Servo2, 130, 31, -1, time_sleep)
    servo_start(Servo2, 30, 131, 1, time_sleep)
    time.sleep(0.1)
def aa():
    time_sleep = 0.01
    servo_start(Servo3, 40, 181, 1, time_sleep)
    servo_start(Servo3, 180, 41, -1, time_sleep)
servo_start(Servo1, 90, 0, -1, 0.01)
servo_start(Servo1, 0, 180, 1, 0.01)
servo_start(Servo1, 180, 0, -1, 0.01)
servo_start(Servo1, 0, 90, 1, 0.01)
servo_start(Servo2, 80, 170, 1, 0.01)
servo_start(Servo2, 170, 80, -1, 0.01)

四、给树莓派注入灵魂（代码）

注入的灵魂如下（示例）：

# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2
import time  # 引入time库
from adafruit_servokit import ServoKit  # 引入刚刚安装的PCA9685库并将名字缩写成ServoKit方便后续调用
class Follow_the_face:
    def __init__(self):
        kit = ServoKit(channels=16)  # 明确PCA9685的舵机控制数
        self.Servo1 = kit.servo[0]  # 左右转向的舵机
        self.Servo2 = kit.servo[1]  # 上下移动的舵机
        self.Servo3 = kit.servo[2]  # 前后伸缩的舵机
        self.Servo4 = kit.servo[3]  # 夹子舵机
        self.Servo5 = kit.servo[14]
        self.Servo6 = kit.servo[15]
        self.Servo = [self.Servo1, self.Servo2, self.Servo3, self.Servo4, self.Servo5, self.Servo6]
        self.l_r_number_of_degrees = 110  # 左右电机初始化的角度
        self.u_d_number_of_degrees = 150  # 上下电机初始化的角度
        self.range_value = 30  # 在人脸检测中，设置人脸框的中心坐标与屏幕中心坐标的可接受偏移的范围
    def servo_start(self, servo_number, start_angle, stop_angle, angle_sleep, time_sleep):
        """
        servo_number:设置想要控制的舵机通道
        start_angle:设置起始的角度
        stop_angle:设置终止的角度
        angle_sleep:设置角度变换的步长  一般设为10
        time_sleep:设置角度变换的间隔   数字越小越快，但最好不要设置太快，舵机会反应不过来然后抽搐。
            最快0.005s，但是到达指定角度位置后需要等待1s左右让程序反应过来，否则会抽搐。
        """
        for speed in range(start_angle, stop_angle, angle_sleep):
            servo_number.angle = speed
            print(speed)
            time.sleep(time_sleep)
    def Inittalize(self):
        """
        初始化云台的各个位置，也算是一个启动前的角度自检和归位
        """
        self.servo_start(self.Servo1, 111, 110, -1, 0.01)  # 可转动的角度为：0～180
        self.servo_start(self.Servo2, 180, 40, -1, 0.01)  # 可转动的角度为：40～180.40度时为垂直向上看
        self.servo_start(self.Servo2, 40, 150, 1, 0.01)
    def Auto_Angle(self, direction, offset_number):  # , auto_angle
        """
        自动偏移指定度数
        direction：选择方向
        offset_number：偏移数
        auto_angle：自动角度
        """
        if direction == "左":
            self.l_r_number_of_degrees -= offset_number
            if 1