Серво подрагивает на месте: питание, земля и шум

Стрелка-индикатор на серво, показывавшая загрузку домашнего сервера, дрожала мелко-мелко: на фотографии с выдержкой в полсекунды кончик размазывался в пятно. Скетч писал угол один раз при изменении значения и больше ничего не делал, но рог на месте не стоял никогда. В тишине мастерской слышно, как редуктор поскуливает: контур внутри серво живёт постоянно, даже когда со стороны кажется, что всё стоит.

Дрожь на месте — не одна поломка, а три слоя, и искать их лучше по очереди: электрика (питание и общий минус), сигнал (шум на АЦП и лишние перезаписи) и сам режим библиотеки. В уроке про помехи и питание список симптомов уже проговаривался; здесь спускаемся в каждое звено глубже — почему просадка выглядит как дрожь, при чём тут земля, и что реально гасит подрагивание, с фильтром, который собирается в симуляторе.

Разбирать слои удобно в порядке дешевизны: питание и земля проверяются взглядом и батарейным боксом, шум сигнала — кнопкой фильтра, и лишь потом, если ничего не помогло, стоит подозревать механику или саму серво. Порядок экономит вечер: конденсатор за пару сотен рублей лечит то, что часами правят в коде. Соберём и фильтр — усреднение восьми чтений с редким темпом обновления, который в симуляторе щёлкается кнопкой и слышен по редуктору.

Первый слой — питание, и это самая частая причина. У SG90 пусковой ток под 650 миллиампер при пяти вольтах, а USB-порт Uno отдаёт полампера на всё, включая саму плату. Каждое микродвижение серво — скачок тока, на котором проседает шина 5 В; потенциометр на валу читает сместившееся питание, контур видит ложное расхождение и делает ещё один шаг — дрожь подпитывает сама себя. На форумах эту спираль описывают коротко: серво трясётся сама по себе — чаще всего виновато питание.

Чинится слоями. Конденсатор 470-1000 микрофарад поперёк питания серво, вплотную к разъёму, съедает пик пуска — дешёвая первая помощь, о которой мы писали ещё в уроке про подключение SG90. Тяжёлые случаи — отдельный источник на 5-6 вольт с общей землёй, как в уроке про внешнее питание. И следите за соседями по макетке: просадка в момент хода серво роняет радиомодули — nrf24 отваливается от сети первым, хотя сертить его не приходилось.

Ёмкость выбирают сверху: 470 микрофарад — минимум для одной SG90, 1000 — если рядом вторая серво или тяговый мотор. Керамика вместо электролита не спасёт: она держит микросекунды, а просадка при пуске живёт миллисекунды. Полярность соблюдайте — электролит, включённый навыворот, надувается быстро и громко.

Второй слой — земля, и его пропускают чаще всего. Через минусный провод течёт и ток серво, и возвратный ток сигнала: на тонкой перемычке с сопротивлением в десятые доли ома полампера оставляют десятки милливольт падения — для контура, меряющего расхождение по потенциометру в милливольтах, это уже ложный сигнал. На длинных линиях радиомоделисты давно прокладывают минус питания серво отдельным проводом и сводят его с сигнальной землёй в одной точке: звезда, а не гирлянда, — так дребезг уходит без единой строчки кода. Правило простое: чем больше ток серво, тем толще нужен её собственный минус.

Проверка без осциллографа: подайте питание серво от отдельного батарейного бокса — если дрожь ушла, виновата шина, а не скетч. Заодно посмотрите на сам минус: перемычка метр длиной — это порядка 0,2 Ома, и пусковые полампера рисуют на ней падение около сотни милливольт. Не ушла дрожь после разделения питания — переходите к третьему слою, сигналу.

Плюс земля у нас общая для всей макетки: ход одного серво виден на сигналах остальных, если все минусы собраны гирляндой через тонкие перемычки. Сводить обратные токи в одной точке стоит ещё до первого дрожащего рога: переделка на живом макете занимает вечер, а на смонтированном роботе — неделю.

Третий слой — сам сигнал. АЦП Uno дрожит на единицу-две от отсчёта к отсчёту, провод ручки ловит наводки от сетевых шнуров, и если в loop() писать в серво каждый проход, угол будет прыгать на градус — контур честно отработает каждый прыжок. Период в двадцать миллисекунд библиотека держит всегда, мы раскладывали это в уроке про импульсы: даже один записанный угол живёт под непрерывными импульсами, и контур всё время чуть-чуть правит рог. Отсюда же помогает detach на простое — без импульсов править нечего. А наводки от сетевого шнура, лежащего рядом с макеткой, АЦП честно превращает в угол: держите провода в порядке.

Лекарство — усреднение и темп. Восемь чтений подряд с делением на восемь гасят шум примерно втрое — корень из восьми; обновлять серво достаточно раз в пятьдесят миллисекунд: глаз разницы не замечает, а контур перестаёт гоняться за цифрами. Остаточную мелочь добирает мёртвая зона, но это отдельная техника — ей посвящён следующий урок. По числам: сырая дрожь в пару градусов после усреднения восьми чтений садится до десятых долей — корень из восьми равен 2,83, и он работает на любой плате.

В симуляторе шума нет — движок отдаёт ровное значение АЦП, и честнее сказать прямо: я добавил его в модель сам, случайной добавкой к чтению, как это делает настоящая электроника. Механика фильтра от этого не меняется: усредняете — серво затихает.

В скетче две скорости. Кнопка D2 переключает фильтр: без него в Serial сыплется калейдоскоп sent= — рог мелко трясётся вслед за шумом. С фильтром серво берёт среднее из восьми чтений и обновляется раз в пятьдесят миллисекунд: значения в логе затихают, рог замирает на месте. Печать идёт только при смене угла — иначе лог тонул бы в повторах.

Разницу стоит посмотреть графиком: сырой угол и отфильтрованный в Serial Plotter рисуют две кривые, и вторая заметно спокойнее. На реальной плате тот же скетч работает без правок — там шум даст сама электроника вместо моего random. Единственное, что стоит помнить: усреднение подряд ничего не задерживает, запаздывание приносит редкий опрос, — и пятьдесят миллисекунд для стрелки-индикатора не чувствуются.

На реальной плате к этому скетчу я добавляю два телодвижения. Первое — послушать: дрожь слышна как мелкое шуршание редуктора, и после включения фильтра оно уходит. Второе — посмотреть на Serial Plotter ещё раз через час работы: если кривая поползла, дело не в коде, а в разболтавшемся контакте ручки. Код при этом не переписывается — от макетки к макетке правится только ёмкость и, в плохих случаях, источник.