基于Arduino開源環(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)過了幾次的迭代后終于達到了我想要的效果，緊接著又為這款電路板制作了一個配套的遙控器，用來操控這塊板子上的一些功能，例如電機驅(qū)動以及控制一些IO口之類的。這兩個項目制作過程都可以從如下的鏈接找到：mc.dfrobot點com點cn/thread-273103-1-1.html
http://mc.dfrobot點com點cn/thread-272722-1-1.html
當(dāng)時調(diào)試完成之后一直就放著落灰了，進來準(zhǔn)備使用這套板子來制作一些項目，結(jié)合了板子的資源之后，就選擇了氣墊船的項目，準(zhǔn)備用我設(shè)計的這套板子制作一個遙控氣墊船。
首先話不多說，上完成品照片：

接下來我就會帶來整個氣墊船的開發(fā)，制作過程。

靈感來源

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

所以選擇來選擇去，還是選擇了車船類的項目。但是我對于車船類的項目感覺玩不什么花樣，偶然間在網(wǎng)上看到別人3D打印的氣墊船項目，就動心了。

想法到圖紙

之前玩過一段時間的航模，所以最開始想用空模的那一套東西來做，用無刷電機帶動扇葉轉(zhuǎn)動，然后電調(diào)可以用arduino輸出的PWM波來控制，剛好家里也有3D打印機。但是接著我就發(fā)現(xiàn)那我為啥不用arduino nano板來做，因為這么做的話貌似我板子上的功能一個都沒用到，簡直就是浪費資源，遂放棄。。。。。。

有一天玩那種空心杯的四軸時候，看到四軸的電機體格雖然很小，但是力道卻很足，于是想用這個電機來做動力，剛好板子上的驅(qū)動芯片應(yīng)該能帶的動。于是上某寶搜索，對比了很多不同型號的空心杯電機之后，選擇了720電機，店家還給配了螺旋槳，直徑差不多55mm。數(shù)天之后，電機到貨了，拆開上電之后，感覺風(fēng)還挺大，比得上一個小電扇了，于是確定了這個動力系統(tǒng)。720電機配55mm螺旋槳。

動力總算是確定了，接下來就是結(jié)構(gòu)的問題，在開始繪制圖紙之前，有個很重要的問題要解決——氣墊船的轉(zhuǎn)向方式？
于是上百度上查詢氣墊船的圖片，發(fā)現(xiàn)大概分為兩類，一類是使用單個風(fēng)扇作為推進，扇葉后方有可動的導(dǎo)流板來控制方向，就是類似船的舵一樣，我開始準(zhǔn)備用這種的，因為只需要一個電機，感覺比較省電。但是后來查看了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)之后還是放棄了，結(jié)果比較復(fù)雜，實行起來比較麻煩。另外一類是使用兩個或者四個風(fēng)扇作為推進，使用兩側(cè)風(fēng)扇的速度差來控制船體的方向，這種結(jié)構(gòu)比較簡單，而且兩測風(fēng)扇我還可以使用兩個支持正反轉(zhuǎn)PWM調(diào)速的驅(qū)動芯片來驅(qū)動，達到速度差調(diào)速的目的。

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

整個機身一共有四個電機，兩個負(fù)責(zé)推進兩個負(fù)責(zé)起升，這樣剛好用光了我設(shè)計板子上面所有的電機接口，后續(xù)還想加什么功能的話也有多余的端口來使用。
畫好之后，我想能夠在電腦上先模擬一下完成之后的樣子就好了，于是沒有建過模的我又去學(xué)了建模，將CAD中畫好的圖片導(dǎo)入到建模軟件之后，經(jīng)過簡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)，只會簡單的幾個操作，請各位看官輕拍。

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

圖紙到實物

我在某寶上找了個加工KT板的廠家，將圖紙發(fā)過去了。之前確實考慮過使用木板，但是輕木太軟，桐木太脆，椴木太重，權(quán)衡下來還是切kt板，因為之前玩航模確實很多飛機都是用KT板做的，很結(jié)實也很輕。
等待了幾天之后，切割好的kt板送到了，查看了一下，沒有問題，由于切割KT板的時候切割機會燒灼KT板的邊緣導(dǎo)致一些尺寸會對不上，幸好我在設(shè)計圖紙的時候預(yù)留了一些余量，這點也提醒大家注意。

隨后急忙的組裝了起來，這時候門鈴響了，原來是買的電機到貨了。正好趕上組裝，于是迅速的安裝上了電機，成品如下：

下面就是安裝我設(shè)計的電路板了，設(shè)計圖紙時給氣墊船設(shè)計了一個設(shè)備艙，正好可以容納電路板。

電路板裝進去，將電機插頭插到板子上，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——編寫代碼了！

程序的編寫

其實控制程序非常簡單，首先說接受端，其實就是將無線模塊接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)引腳輸出的PWM占空比來控制電機的轉(zhuǎn)速。于是一段時間過后，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個字符
Mirf.payload = sizeof(value);
Mirf.channel = 90; //設(shè)置使用的信道
Mirf.config();
Serial.println("Listening..."); //開始監(jiān)聽接收到的數(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獲得當(dāng)前的搖桿位置，然后將搖桿位置的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(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，帶這四個電機大概可以玩10分鐘的時間。于是》》》迫不及待的上電開始玩耍！！

需要的一些改進

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），所以推進電機要是速度不一樣就會導(dǎo)致氣墊船偏航，但是由于驅(qū)動芯片的誤差以及電機之間的誤差問題，即使我使用相同占空比的PWM方波驅(qū)動他們，仍然會導(dǎo)致他們轉(zhuǎn)速不同以致氣墊船容易偏航（很難跑直線），這個問題比較影響玩耍的體驗感，需要改進。
計劃是使用一個電子羅盤，也就是磁力計來確定現(xiàn)在氣墊船船頭的指向，然后引入PID算法來通過電子羅盤的數(shù)據(jù)來校正控制每個推進電機的PWM波，這樣應(yīng)該會改善到整體的操控性。
不過這有需要一段時間的研究，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IIC通信的電子羅盤應(yīng)該不是什么難事，問題就在PID算法以及一些濾波算法上，我還對PID算法不太了解。而且是否運轉(zhuǎn)的電機或者電機內(nèi)的磁鐵會對電子羅盤的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾也不是很確定。
成功的讓這個氣墊船跑起來達到了我的目的，對于其的一些改進應(yīng)該會放在之后，應(yīng)為近期準(zhǔn)備開始做室內(nèi)玩的遙控飛機的板子，是基于51單片機和LT8920的，所以這個改進應(yīng)該會等到做完那個項目之后。如果你對這個氣墊船有什么改進的建議，歡迎提出來。

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)動成果

ID:613217 · 發(fā)表于 2019-9-27 07:17

太帥了，有朝一日必做一個

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

求氣墊船開源

ID:620186 · 發(fā)表于 2019-10-7 20:03

厲害想搞一個

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~不過想看一下視頻是怎么走動的。

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

這個設(shè)計不錯哦，模塊化就可以組裝了

ID:29972 · 發(fā)表于 2020-7-29 14:17

跑直線的問題解決了嗎？

ID:384013 · 發(fā)表于 2020-7-30 08:53

大師實在太牛了，值得學(xué)習(xí)!!

ID:557566 · 發(fā)表于 2020-10-13 14:05

很好的玩具車,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

看起來就是兩個電扇再往里面吹風(fēng)

ID:1084716 · 發(fā)表于 2023-10-25 16:49

不錯。支持一下

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