Шторы на сервоприводе: пульт открывает и закрывает

Рулонная штора на шнуре — почти идеальный объект для серводвигателя: ход короткий, нагрузка лёгкая, крутить надо один барабан. Я начал с идеи «повернул рог — штора едет» и за вечер узнал, что без автомата состояний пульт превращает штору в дёрганую заглушку: кнопка жмётся второй раз, ход стартует заново, удержание гонит серво девятью повторами в секунду. Красивый проект на фото, кошмар в жизни.

Механика простая: серводвигатель SG90 или MG996R крутит барабан, шнур шторы наматывается на него — полный ход укладывается в поворот на 150–170 градусов. Для лёгкой рулонной шторы хватает SG90 с плечом в несколько сантиметров; тяжёлые портьеры серводвигатель не потянет — там редуктор и шаговик, у серводвигателя упрёшься в ток. Подбор двигателя и ток удержания я разбирал в уроке про ток и нагрев серводвигателя.

О железе подробнее, чтобы ты не повторял мою первую кривую версию. Барабан я сделал из катушки от ниток, посадил прямо на качалку серводвигателя — шнур шторы обходит его полтора витка и держится трением. Полный ход шторы лёг в 160 градусов поворота; если твоя штора длиннее, подбирай диаметр барабана, а не увеличивай угол: рог за 180 градусов не ходит, и попытка намотать больше даст мёртвую точку в крайнем положении, когда шнур сваливается с барабана. Крепление качалки — на шлицах с винтом, не на трении: мой первый рог выскользнул из кулисы ровно посреди первого хода.

План урока: автомат из состояний open, closed, opening и closing, кнопка OK ставит штору на паузу посреди хода и отпускает её дальше, ход идёт по градусу на millis без единого delay, а крайние положения защищены ограничениями по углу — серводвигатель не бьётся в упор и не греется.

Первая версия у меня была на булевых флагах isMoving и direction — и рассыпалась на паузе. Остановка в середине хода создаёт пятое состояние, «остановлена на полпути», которого во флагах нет: серводвигатель стоит, штора висит на угле 96°, и код должен помнить, куда продолжать движение. Проще назвать вещи именами: open, closed, opening, closing, paused — состояние переменной, событие кнопки переводит автомат из состояния в состояние. Переключение режимов кнопками я уже трогал в уроке про меню режимов, здесь механика та же, только состояний меньше.

Кнопки пульта распределил так: CH+ открывает, CH- закрывает, OK — пауза и продолжение. Распределение не случайное: CH+ и CH- интуитивны как «больше/меньше шторы», а OK под рукой — им и остановишь. Повторы при удержании — главная ловушка пультового интерфейса: кадр-повтор приходит каждые 108–110 мс, и без фильтра штора дёргается на каждом кадре. Режется это до автомата — в уроке про фильтр удержания я показывал оба способа, здесь беру debounce по времени.

Ход — часть состояния, а не отдельная функция с delay. Каждые двенадцать миллисекунд угол сдвигается на один градус, и loop всё это время живёт: ловит кнопки, проверяет крайние углы. Темп хода настраивается одной константой STEP_MS — про пошаговое движение серводвигателя на millis у меня есть отдельный урок про шаг по градусу, а почему delay в таком скетче ломает всё — в базовом уроке про millis.

Состояния у меня живут числами с комментарием-легендой: 0 closed, 1 opening, 2 open, 3 closing, 4 paused — enum в C++ тоже сработал бы, но число в печати монитора читается без таблицы. Дисциплина автомата: события кнопок не трогают угол — CH+ в состоянии opening глохнет в пустоту, автомат уже едет. Такая строгость спасает от пультовой болезни, когда каждая кнопка прямо дёргает привод и порядок нажатий рождает состояния, которых ты не планировал.

Читаем автомат. События кнопок меняют только состояние — угол их не трогает. Ход делает таймер: раз в двенадцать миллисекунд шаг на градус в сторону, которую диктует состояние, и на крайних углах автомат сам переходит в open или closed. Полный ход 160 градусов занимает около двух секунд — для шторы комфортный темп, быстрее только шумнее; если захочется плавнее, ставь STEP_MS 20 и получишь три секунды с меньшим пусковым током на каждый шаг. Шаг именно в один градус — не эстетика, а защита механики: крупными порциями по пять градусов штора ходит рывками, и каждый рывок бьёт по качалке и шнуру. Мелкий шаг серводвигатель отыгрывает почти непрерывным вращением, а заодно loop успевает ловить кнопки между шагами — пауза срабатывает в тот же кадр, когда нажал.

Крайние положения — 10 и 170, а не 0 и 180. У рога и кулисы есть мёртвые зоны по краям, и серводвигатель, упёршийся в механику, продолжает жрать ток и греться: подробности в уроке по ссылке выше. Концевые защиты здесь программные — по углу; для тяжёлых штор к ним добавляют физические концевики, но для рулонной шторы с барабаном границ по углу хватает.

Питание — отдельная песня. Серводвигатель не кормят от пина 5V платы: при пуске SG90 съедает до 650–700 мА, MG996R до двух с половиной ампер, и просадка роняет плату в перезагрузку — я это проходил в уроке про внешнее питание серводвигателя. Блок на 5–6 вольт с током от двух ампер, земля общая с платой. Конденсатор на 470–1000 мкФ между питанием и землёй у серводвигателя гасит пусковой рывок — дешёвая страховка от самопроизвольных перезапусков в самый неподходящий момент.

Момент проверь до сверления стены. Лёгкая рулонная штора тянет шнур с силой в пару сотен граммов, на барабане радиусом сантиметр это две-три десятых килограммометра — SG90 со своими 1.8 кг·см везёт такую штору с запасом впятеро-вшестеро. MG996R с девятью с половиной нужен, только когда штора тяжёлая или барабан крупный: момент растёт от радиуса, и удвоенный диаметр съедает вдвое больше запаса. Мой первый барабан был диаметром сорок миллиметров — ход вышел короче при том же угле, но SG90 уже кряхтел на старте; вернулся к двадцати и успокоился.

Печатай переходы и угол в Serial хотя бы на время отладки: строка paused na ugle 96 стоит дороже пяти минут с мультиметром. Мой первый запуск не печатал ничего, и я полчаса подозревал пульт, пока не заметил, что автомат честно дошёл до open — а рог просто выскользнул из кулисы. Крепление качалки на шлицах с винтом, а не на трении, с тех пор — железное правило.

Пауза — самая вкусная часть автомата. Штора замирает на угле 96°, состояние paused, и lastDir помнит, куда шла: после продолжения ход возобновится в ту же сторону, а не начнёт жизнь заново. Такой сценарий я пользуюсь ежедневно: открыл штору на треть, чтобы солнце не било в монитор, — один OK посреди хода. Утром схема та же, только направление обратное, и никакие новые ветки кода для этого не нужны.

Но пауза под нагрузкой греет серводвигатель: он продолжает держать угол и жрёт ток все те часы, пока штора висит на полпути. Лечение — detach: после хода или на паузе отключаю серводвигатель, шнур держит трение барабана, а перед следующим шагом attach обратно. Как отучить серводвигатель дрожать и шуметь — в уроке про detach и дрожь. Если барабан без импульсов разматывается под весом, значит механика недоделана — трещотка или фиксатор решают это лучше, чем ток удержания, который греет корпус до неприличных температур.

В симуляторе ниже вся логика видна вживую: серводвигатель ходит по градусу, кнопки пульта открывают, закрывают и ставят на паузу, автомат печатает переходы в монитор. На макетке серводвигатель встаёт на соседний ШИМ-пин, приёмник остаётся на своём.

Штора слушается пульта, стоит на паузе посреди хода и не жжёт серводвигатель на краях — интерфейс готов. Дальше остаётся связать её с мостом из предыдущего урока: топик в MQTT, автоматизация в Home Assistant по расписанию — и штора открывается сама к будильнику. А если захочется разложить сценарий на больше состояний — утро, вечер, кино, — заходи в урок про меню режимов: структура там та же самая.