基于Arduino開(kāi)源環(huán)境自制小型遙控氣墊船制作

ID:241755 · 發(fā)表于 2019-6-10 14:17

前幾個(gè)月制作了一款基于Arduino的最小板，上面集成了一些功能，經(jīng)過(guò)了幾次的迭代后終于達(dá)到了我想要的效果，緊接著又為這款電路板制作了一個(gè)配套的遙控器，用來(lái)操控這塊板子上的一些功能，例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及控制一些IO口之類(lèi)的。這兩個(gè)項(xiàng)目制作過(guò)程都可以從如下的鏈接找到：mc.dfrobot點(diǎn)com點(diǎn)cn/thread-273103-1-1.html
http://mc.dfrobot點(diǎn)com點(diǎn)cn/thread-272722-1-1.html
當(dāng)時(shí)調(diào)試完成之后一直就放著落灰了，進(jìn)來(lái)準(zhǔn)備使用這套板子來(lái)制作一些項(xiàng)目，結(jié)合了板子的資源之后，就選擇了氣墊船的項(xiàng)目，準(zhǔn)備用我設(shè)計(jì)的這套板子制作一個(gè)遙控氣墊船。
首先話(huà)不多說(shuō)，上完成品照片：

接下來(lái)我就會(huì)帶來(lái)整個(gè)氣墊船的開(kāi)發(fā)，制作過(guò)程。

靈感來(lái)源

首先我端詳了我做的這款板子，上面有三個(gè)L9110s電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，以及一個(gè)支持1-2s的鋰電池接口，一個(gè)支持NRF24L01的接口以及報(bào)警電路。對(duì)于這個(gè)L9110s驅(qū)動(dòng)，我使用了幾乎arduino的全部支持硬件PWM的管腳，其中有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片是支持正反轉(zhuǎn)PWM調(diào)速的，有一個(gè)驅(qū)動(dòng)苦于arduino的PWM管腳不夠，所以只能支持單向PWM調(diào)速，顯然這樣的配置對(duì)于一些小車(chē)的項(xiàng)目肯定是綽綽有余，而這也是我設(shè)計(jì)這塊板子的設(shè)計(jì)初衷，對(duì)于一些車(chē)船類(lèi)的項(xiàng)目，這款板子可以完全適應(yīng)。

所以選擇來(lái)選擇去，還是選擇了車(chē)船類(lèi)的項(xiàng)目。但是我對(duì)于車(chē)船類(lèi)的項(xiàng)目感覺(jué)玩不什么花樣，偶然間在網(wǎng)上看到別人3D打印的氣墊船項(xiàng)目，就動(dòng)心了。

想法到圖紙

之前玩過(guò)一段時(shí)間的航模，所以最開(kāi)始想用空模的那一套東西來(lái)做，用無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，然后電調(diào)可以用arduino輸出的PWM波來(lái)控制，剛好家里也有3D打印機(jī)。但是接著我就發(fā)現(xiàn)那我為啥不用arduino nano板來(lái)做，因?yàn)檫@么做的話(huà)貌似我板子上的功能一個(gè)都沒(méi)用到，簡(jiǎn)直就是浪費(fèi)資源，遂放棄。。。。。。

有一天玩那種空心杯的四軸時(shí)候，看到四軸的電機(jī)體格雖然很小，但是力道卻很足，于是想用這個(gè)電機(jī)來(lái)做動(dòng)力，剛好板子上的驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)該能帶的動(dòng)。于是上某寶搜索，對(duì)比了很多不同型號(hào)的空心杯電機(jī)之后，選擇了720電機(jī)，店家還給配了螺旋槳，直徑差不多55mm。數(shù)天之后，電機(jī)到貨了，拆開(kāi)上電之后，感覺(jué)風(fēng)還挺大，比得上一個(gè)小電扇了，于是確定了這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。720電機(jī)配55mm螺旋槳。

動(dòng)力總算是確定了，接下來(lái)就是結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，在開(kāi)始繪制圖紙之前，有個(gè)很重要的問(wèn)題要解決——?dú)鈮|船的轉(zhuǎn)向方式？
于是上百度上查詢(xún)氣墊船的圖片，發(fā)現(xiàn)大概分為兩類(lèi)，一類(lèi)是使用單個(gè)風(fēng)扇作為推進(jìn)，扇葉后方有可動(dòng)的導(dǎo)流板來(lái)控制方向，就是類(lèi)似船的舵一樣，我開(kāi)始準(zhǔn)備用這種的，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)電機(jī)，感覺(jué)比較省電。但是后來(lái)查看了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)之后還是放棄了，結(jié)果比較復(fù)雜，實(shí)行起來(lái)比較麻煩。另外一類(lèi)是使用兩個(gè)或者四個(gè)風(fēng)扇作為推進(jìn)，使用兩側(cè)風(fēng)扇的速度差來(lái)控制船體的方向，這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且兩測(cè)風(fēng)扇我還可以使用兩個(gè)支持正反轉(zhuǎn)PWM調(diào)速的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，達(dá)到速度差調(diào)速的目的。

終于是確定了使用的動(dòng)力以及轉(zhuǎn)向方式，下面就是埋頭畫(huà)圖紙了。作為CAD小白，我學(xué)習(xí)了幾節(jié)課程之后終于是能勉強(qiáng)畫(huà)圖了。下面是畫(huà)好的圖紙，一共有四頁(yè)，使用的軟件是迅捷的CAD。

整個(gè)機(jī)身一共有四個(gè)電機(jī)，兩個(gè)負(fù)責(zé)推進(jìn)兩個(gè)負(fù)責(zé)起升，這樣剛好用光了我設(shè)計(jì)板子上面所有的電機(jī)接口，后續(xù)還想加什么功能的話(huà)也有多余的端口來(lái)使用。
畫(huà)好之后，我想能夠在電腦上先模擬一下完成之后的樣子就好了，于是沒(méi)有建過(guò)模的我又去學(xué)了建模，將CAD中畫(huà)好的圖片導(dǎo)入到建模軟件之后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的拉伸操作就得到了大致完成的樣子，我用的建模軟件是犀牛，剛剛學(xué)習(xí)，只會(huì)簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作，請(qǐng)各位看官輕拍。

終于是完成了圖紙的設(shè)計(jì)了，導(dǎo)入到建模軟件的效果也還滿(mǎn)意，于是準(zhǔn)備下一步的切割了。

圖紙到實(shí)物

我在某寶上找了個(gè)加工KT板的廠家，將圖紙發(fā)過(guò)去了。之前確實(shí)考慮過(guò)使用木板，但是輕木太軟，桐木太脆，椴木太重，權(quán)衡下來(lái)還是切kt板，因?yàn)橹巴婧侥４_實(shí)很多飛機(jī)都是用KT板做的，很結(jié)實(shí)也很輕。
等待了幾天之后，切割好的kt板送到了，查看了一下，沒(méi)有問(wèn)題，由于切割KT板的時(shí)候切割機(jī)會(huì)燒灼KT板的邊緣導(dǎo)致一些尺寸會(huì)對(duì)不上，幸好我在設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候預(yù)留了一些余量，這點(diǎn)也提醒大家注意。

隨后急忙的組裝了起來(lái)，這時(shí)候門(mén)鈴響了，原來(lái)是買(mǎi)的電機(jī)到貨了。正好趕上組裝，于是迅速的安裝上了電機(jī)，成品如下：

下面就是安裝我設(shè)計(jì)的電路板了，設(shè)計(jì)圖紙時(shí)給氣墊船設(shè)計(jì)了一個(gè)設(shè)備艙，正好可以容納電路板。

電路板裝進(jìn)去，將電機(jī)插頭插到板子上，到這里所有的結(jié)構(gòu)搭建以及硬件電路都連接好了，下面就是給氣墊船注入靈魂——編寫(xiě)代碼了！

程序的編寫(xiě)

其實(shí)控制程序非常簡(jiǎn)單，首先說(shuō)接受端，其實(shí)就是將無(wú)線(xiàn)模塊接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)引腳輸出的PWM占空比來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。于是一段時(shí)間過(guò)后，我編好了接受端的代碼。

//接收端程序
#include <SPI.h>
#include <Mirf.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <MirfHardwareSpiDriver.h>
unsigned int value;
unsigned int CH1,CH3,left,right,qi;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
Mirf.spi = &MirfHardwareSpi;
Mirf.init();
Mirf.setRADDR((byte *)"FGHIJ"); //設(shè)置自己的地址（接收端地址），使用5個(gè)字符
Mirf.payload = sizeof(value);
Mirf.channel = 90; //設(shè)置使用的信道
Mirf.config();
Serial.println("Listening..."); //開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)接收到的數(shù)據(jù)
pinMode(10,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);
pinMode(6,OUTPUT);
pinMode(3,OUTPUT);
pinMode(9,OUTPUT);
digitalWrite(5,0);
digitalWrite(6,0);
digitalWrite(9,0);
digitalWrite(3,0);
digitalWrite(10,0);
}
void loop()
{
if(Mirf.dataReady()) { //當(dāng)接收到程序，便從串口輸出接收到的數(shù)據(jù)
Mirf.getData((byte *) &value);
CH3=(unsigned int)value&255;
CH1=(unsigned int)value>>8;
if(CH1>140)
{
qi=CH1;
if(CH3>135) //左轉(zhuǎn)彎
{
right=CH1;
if(CH1<CH3)
left=0;
else
left=CH1-CH3/3.5;
}
else if(CH3<120) //右轉(zhuǎn)彎
{
if(CH1<(255-CH3))
right=0;
else
right=CH1-((255-CH3)/3.5);
left=CH1;
}
else
{
right=CH1;
left=CH1;
}
}
else
{
left=0;
right=0;
qi=0;
}
analogWrite(3,left);
analogWrite(9,right);
analogWrite(10,qi);
Serial.print("Got data: ");
Serial.print(CH1);
Serial.print(" ");
Serial.print(CH3);
Serial.print(" ");
Serial.print(left);
Serial.print(" ");
Serial.println(right);
}
}

復(fù)制代碼

發(fā)送端也是很簡(jiǎn)單，我使用搖桿作為控制桿，用arduino的ADC引腳讀取搖桿輸出的電壓來(lái)獲得當(dāng)前的搖桿位置，然后將搖桿位置的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送出去。

//發(fā)射端程序
#include <SPI.h>
#include <Mirf.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <MirfHardwareSpiDriver.h>
unsigned int value,value1;
unsigned int data;
unsigned int CH1,CH3;
void setup()
{
Mirf.spi = &MirfHardwareSpi;
Mirf.init();
Mirf.setRADDR((byte *)"ABCDE"); //設(shè)置自己的地址（發(fā)送端地址），使用5個(gè)字符
Mirf.payload = sizeof(value);
Mirf.channel = 90; //設(shè)置所用信道
Mirf.config();
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
Mirf.setTADDR((byte *)"FGHIJ"); //設(shè)置接收端地址
value = analogRead(1); //0-255的隨機(jī)數(shù)
value1 = analogRead(6);
CH1=value/4;
CH3=value1/4;
data=((unsigned int)(CH1<<8)+CH3);
Serial.print(CH1);
Serial.print(" ");
Serial.print(CH3);
Serial.print(" ");
Serial.println(data);
//Serial.println(value1);
Mirf.send((byte *)&data); //發(fā)送指令，發(fā)送隨機(jī)數(shù)value
while(Mirf.isSending()) delay(1); //直到發(fā)送成功，退出循環(huán)
delay(10);
}

復(fù)制代碼

下載程序到氣墊船和遙控器中：

上電！我使用的電池是550mah的3.7v鋰電池，帶這四個(gè)電機(jī)大概可以玩10分鐘的時(shí)間。于是》》》迫不及待的上電開(kāi)始玩耍！！

需要的一些改進(jìn)

在玩耍中發(fā)現(xiàn)由于氣墊船的阻力非常小（幾乎不和地面接觸），所以推進(jìn)電機(jī)要是速度不一樣就會(huì)導(dǎo)致氣墊船偏航，但是由于驅(qū)動(dòng)芯片的誤差以及電機(jī)之間的誤差問(wèn)題，即使我使用相同占空比的PWM方波驅(qū)動(dòng)他們，仍然會(huì)導(dǎo)致他們轉(zhuǎn)速不同以致氣墊船容易偏航（很難跑直線(xiàn)），這個(gè)問(wèn)題比較影響玩耍的體驗(yàn)感，需要改進(jìn)。
計(jì)劃是使用一個(gè)電子羅盤(pán)，也就是磁力計(jì)來(lái)確定現(xiàn)在氣墊船船頭的指向，然后引入PID算法來(lái)通過(guò)電子羅盤(pán)的數(shù)據(jù)來(lái)校正控制每個(gè)推進(jìn)電機(jī)的PWM波，這樣應(yīng)該會(huì)改善到整體的操控性。
不過(guò)這有需要一段時(shí)間的研究，主要是軟件方面，現(xiàn)在板子上預(yù)留了IIC的通信接口，想必找到一個(gè)IIC通信的電子羅盤(pán)應(yīng)該不是什么難事，問(wèn)題就在PID算法以及一些濾波算法上，我還對(duì)PID算法不太了解。而且是否運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)或者電機(jī)內(nèi)的磁鐵會(huì)對(duì)電子羅盤(pán)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾也不是很確定。
成功的讓這個(gè)氣墊船跑起來(lái)達(dá)到了我的目的，對(duì)于其的一些改進(jìn)應(yīng)該會(huì)放在之后，應(yīng)為近期準(zhǔn)備開(kāi)始做室內(nèi)玩的遙控飛機(jī)的板子，是基于51單片機(jī)和LT8920的，所以這個(gè)改進(jìn)應(yīng)該會(huì)等到做完那個(gè)項(xiàng)目之后。如果你對(duì)這個(gè)氣墊船有什么改進(jìn)的建議，歡迎提出來(lái)。

ID:473907 · 發(fā)表于 2019-6-13 14:32

很好的嘗試，夏天到了，可以找有水的地方試試～期待樓主的更新方案

ID:614250 · 發(fā)表于 2019-9-20 23:08

怎么防水啊

ID:300101 · 發(fā)表于 2019-9-25 10:01

很好的玩具車(chē)可以聯(lián)系廠家量產(chǎn)了

ID:608673 · 發(fā)表于 2019-9-26 11:43

有視頻就好了看看你的驅(qū)動(dòng)成果

ID:613217 · 發(fā)表于 2019-9-27 07:17

太帥了，有朝一日必做一個(gè)

ID:617327 · 發(fā)表于 2019-9-28 02:19

感謝分享，厲害

ID:618532 · 發(fā)表于 2019-10-1 08:31

求氣墊船開(kāi)源

ID:620186 · 發(fā)表于 2019-10-7 20:03

厲害想搞一個(gè)

ID:631549 · 發(fā)表于 2019-10-31 14:18

大師太牛了，值得學(xué)習(xí)

ID:632343 · 發(fā)表于 2019-10-31 18:07

很不錯(cuò)~不過(guò)想看一下視頻是怎么走動(dòng)的。

ID:92231 · 發(fā)表于 2020-2-16 18:18

太厲害了，贊

ID:675619 · 發(fā)表于 2020-2-19 16:05

這個(gè)設(shè)計(jì)不錯(cuò)哦，模塊化就可以組裝了

ID:29972 · 發(fā)表于 2020-7-29 14:17

跑直線(xiàn)的問(wèn)題解決了嗎？

ID:384013 · 發(fā)表于 2020-7-30 08:53

大師實(shí)在太牛了，值得學(xué)習(xí)!!

ID:557566 · 發(fā)表于 2020-10-13 14:05

很好的玩具車(chē),可以量產(chǎn)了

ID:842962 · 發(fā)表于 2020-12-22 09:09

里邊的氣體填充是什么

ID:108361 · 發(fā)表于 2023-10-25 13:30

010706 發(fā)表于 2020-12-22 09:09
里邊的氣體填充是什么

看起來(lái)就是兩個(gè)電扇再往里面吹風(fēng)

ID:1084716 · 發(fā)表于 2023-10-25 16:49

不錯(cuò)。支持一下

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