Упоры и constrain: что происходит при команде за границу

Кормушка-дозатор проработала месяц: шторка открывалась по расписанию, скетч был скучно правильный — write(180) на выдачу порции. В один день заметил, что корпус SG90 тёплый даже в покое, а шторка ходит с новым люфтом. Снял серво, покрутил рог — зубья выходной шестерни подлизаны по кругу. За месяц не менялось ни одной строки кода, а своё слово сказало одно число: команда на 180°.

Разбор показал классику: паспортный ход SG90 — 0-180, но шкала эта написана для серво с идеальной механикой. У реальных клонов фактический ход гуляет в обе стороны на десяток градусов: один экземпляр упирается на 172, другой проходит 185 и только там упирается в собственный ограничитель. Когда скетч шлёт 180 мотору с упором на 172, серво честно доехала до 172 — а импульс идёт дальше, и мотор продолжает давить в запертые шестерни.

Ток в этой ловушке не холостой и не ходовой, а близкий к пусковому: 500-700 мА, и так каждую секунду удержания. Ниже — что именно ломается под упором, как поставить программную вилку, которая стоит ноль рублей, и почему я режу паспортную шкалу даже у новых экземпляров. А заодно ответ на самый частый вопрос в комментариях к калибровке: серво греется, когда стоит. Стоит — не значит отдыхает: стоит под упором.

Мотор под упором — это замок по механике: ротор стоит, катушки под током, энергия идёт в тепло. При удержании в 0,5-0,7 А корпус SG90 греется до заметного рукой за пару минут; редуктор из хрупкого пластика слизывает зубья за недели постоянного нажима — сначала приходит люфт, потом холостое проворачивание. Как устроен этот редуктор и где стоит ограничитель — видно в уроке про анатомию серво, а нагрузка на рычаг, которая докручивает шестерни, считается в уроке про рычаги и качалки.

Вторая жертва — точность: у серво, пожившей под упором, разрастается мёртвая зона, и после снятия команды она отдаёт позицию с разбросом. Третья — соседняя электроника: если серво питается с шины 5 В, её бросок под упором складывается с чужими бросками — это уже территория первого урока кластера про питание.

Заметьте: снаружи ничего не видно. write() вернулся мгновенно и одинаково что на 170, что на 180; разницы между «доехала» и «давит в стену» в коде не существует. Диагностика ведётся рукой и ухом: гул на 50 Гц и тёплый корпус означают мотор под упором.

Сколько это длится по времени: ток при удержании не импульсный, а постоянный — в отличие от старта, он не гаснет сам. Кормушка в режиме «команда 180° раз в час по тридцать минут» за месяц накрутила пятнадцать часов под упором — редуктор и получил свои подлизанные зубья. Считать эти часы не обязательно, но направление понятно: не режим, а приговор.

constrain(значение, низ, верх) возвращает само значение, если оно внутри вилки, нижнюю границу — если меньше, верхнюю — если больше. Одна строка заменяет два if, а границы я держу переменными вверху скетча: правка в одном месте вместо вылавливания по всему коду. Для серво это выглядит как constrain(ugol, niz, verh) — и команда 187 молча превращается в 170.

Откуда числа 10-170. Это не магия, а страховка от разброса клонов: вилка в плюс-минус десять градусов покрывает почти любой экземпляр — даже худший доехал до границы и не коснулся упора. Цена — двадцать градусов шкалы, глазу на стрелке они безразличны. Максимум полезного хода даёт калибровка: командами 0-10-20 и 180-170-160 находите реальные границы конкретного мотора — процедура по шагам расписана в уроке про калибровку min и max.

При включённой вилке команда за границу не влечёт ничего драматичного: запрос обрезан, серво доехала и замолчала, ток упал до покоя. Единственное, что я добавляю сверху, — отчёт в Serial при каждой обрезке: частые удары о границу означают, что вилку пора двигать или механизм спроектирован криво. Методика таких отчётов — в уроке про отладку логики.

Границы для типовых механизмов я держу в комментариях скетча: заслонка — 45-135, стрелка — 10-170, шторка кормушки — 30-150. Каждому механизму — своя вилка, потому что полный ход нужен не серво, а задаче: где-то работает центральный сектор, а где-то весь ход без пяти градусов.

Скетч берёт угол с ручки, пересчитывает map() в 0-180 и зажимает вилкой. Обратите внимание на старт из середины: srv.write((niz + verh) / 2) — после подачи питания рог уходит в безопасную точку, а не в край. И на задержку после обрезки: лог печатается раз в 400 мс, иначе строка в мониторе успевает смениться сто раз за секунду удержания ручки в краю.

Без ручки тот же скетч гоняется по углам из монитора или по расписанию — вилка работает одинаково, потому что constrain стоит на входе у серво, а не привязан к источнику запроса. Это и есть главная выгода: одна вилка защищает от всех команд сразу, и новых источников угла можно добавлять без новых проверок. Вторая выгода вилки, о которой вспоминают позже: constrain защищает не только от вашей ручки, но и от мусорных значений — сбойный analogRead, кривой parseInt, наводка на линии. Серво получает число в вилке, как бы ни бузило наверху.

Диагностика на живой макетке занимает минуту: мультиметр в режим амперметра в разрыв красного провода серво. Покой покажет 6-10 мА, ход — 100-250, а упор — 500-700 и стоит как вкопанный: если треть режима серво сидит на семи сотнях, вилку пора двигать сегодня. В симуляторе ток не снять — зато видно лог обрезок и то, как рог замирает на границе, когда ручка уехала дальше; на реальной плате к этому добавится гул, который слышно раньше мультиметра.

Мнение с границей применимости: паспортные 0-180 я режу до 10-170 у всех пластиковых SG90, даже у тех, что проходят полный ход, — запас дешевле двадцати невидимых глазу градусов. Внешние же упоры — винты, скобы, ограничители на корпусе механизма — почти всегда вред: серво против них давит бесконечно, пока идёт импульс, и нагрев тот же, что под внутренним упором. Единственный честный механический ограничитель — тот, что стоит внутри самой серво с завода. Граница у правила тоже есть: если механизм физически не доезжает до 10 или 170 — рычаг упирается в рамку раньше, — вилку сужают под реальный механизм, а не под шкалу.

Если механизм обязан жёстко останавливаться снаружи — рычаг входит в паз, шторка упирается в рамку, — прижим снимается detach(): серво отпускает ротор, ток падает до нуля, механику держит упор, а не мотор. О границах detach — когда он уместен, а когда рог начинает гулять от малейшего толчка — писали в уроке про дрожание и фильтры.

Отдельный случай — серво с непрерывным вращением: упоров у них нет вовсе, write() управляет скоростью, и вилка по углу теряет смысл. Как SG90 переделывается в непрерывный, показано в уроке про модификацию 360 — там же про управление вместо позиции.