基于Arduino開源環境自制小型遙控氣墊船制作

ID:241755 · 發表于 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
當時調試完成之后一直就放著落灰了，進來準備使用這套板子來制作一些項目，結合了板子的資源之后，就選擇了氣墊船的項目，準備用我設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，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，其中有兩個驅動芯片是支持正反轉PWM調速的，有一個驅動苦于arduino的PWM管腳不夠，所以只能支持單向PWM調速，顯然這樣的配置對于一些小車的項目肯定是綽綽有余，而這也是我設計這塊板子的設計初衷，對于一些車船類的項目，這款板子可以完全適應。

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動，然后電調可以用arduino輸出的PWM波來控制，剛好家里也有3D打印機。但是接著我就發現那我為啥不用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，剛好板子上的驅動芯片應該能帶的動。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。數天之后，電機到貨了，拆開上電之后，感覺風還挺大，比得上一個小電扇了，于是確定了這個動力系統。720電機配55mm螺旋槳。

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

終于是確定了使用的動力以及轉向方式，下面就是埋頭畫圖紙了。作為CAD小白，我學習了幾節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，兩個負責推進兩個負責起升，這樣剛好用光了我設計板子上面所有的電機接口，后續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了建模，將CAD中畫好的圖片導入到建模軟件之后，經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，剛剛學習，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計了，導入到建模軟件的效果也還滿意，于是準備下一步的切割了。

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板的邊緣導致一些尺寸會對不上，幸好我在設計圖紙的時候預留了一些余量，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：

下面就是安裝我設計的電路板了，設計圖紙時給氣墊船設計了一個設備艙，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，到這里所有的結構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據轉換成對應引腳輸出的PWM占空比來控制電機的轉速。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; //設置使用的信道
Mirf.config();
Serial.println("Listening..."); //開始監聽接收到的數據
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()) { //當接收到程序，便從串口輸出接收到的數據
Mirf.getData((byte *) &value);
CH3=(unsigned int)value&255;
CH1=(unsigned int)value>>8;
if(CH1>140)
{
qi=CH1;
if(CH3>135) //左轉彎
{
right=CH1;
if(CH1<CH3)
left=0;
else
left=CH1-CH3/3.5;
}
else if(CH3<120) //右轉彎
{
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);
}
}

復制代碼

發送端也是很簡單，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前的搖桿位置，然后將搖桿位置的數據通過無線模塊發送出去。

//發射端程序
#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"); //設置自己的地址（發送端地址），使用5個字符
Mirf.payload = sizeof(value);
Mirf.channel = 90; //設置所用信道
Mirf.config();
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
Mirf.setTADDR((byte *)"FGHIJ"); //設置接收端地址
value = analogRead(1); //0-255的隨機數
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); //發送指令，發送隨機數value
while(Mirf.isSending()) delay(1); //直到發送成功，退出循環
delay(10);
}

復制代碼

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

在玩耍中發現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致氣墊船偏航，但是由于驅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方波驅動他們，仍然會導致他們轉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據來校正控制每個推進電機的PWM波，這樣應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，現在板子上預留了IIC的通信接口，想必找到一個IIC通信的電子羅盤應該不是什么難事，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。而且是否運轉的電機或者電機內的磁鐵會對電子羅盤的數據產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該會放在之后，應為近期準備開始做室內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 · 發表于 2019-9-20 23:08

怎么防水啊

ID:300101 · 發表于 2019-9-25 10:01

很好的玩具車可以聯系廠家量產了

ID:608673 · 發表于 2019-9-26 11:43

有視頻就好了看看你的驅動成果

ID:613217 · 發表于 2019-9-27 07:17

太帥了，有朝一日必做一個

ID:617327 · 發表于 2019-9-28 02:19

感謝分享，厲害

ID:618532 · 發表于 2019-10-1 08:31

求氣墊船開源

ID:620186 · 發表于 2019-10-7 20:03

厲害想搞一個

ID:631549 · 發表于 2019-10-31 14:18

大師太牛了，值得學習

ID:632343 · 發表于 2019-10-31 18:07

很不錯~不過想看一下視頻是怎么走動的。

ID:92231 · 發表于 2020-2-16 18:18

太厲害了，贊

ID:675619 · 發表于 2020-2-19 16:05

這個設計不錯哦，模塊化就可以組裝了

ID:29972 · 發表于 2020-7-29 14:17

跑直線的問題解決了嗎？

ID:384013 · 發表于 2020-7-30 08:53

大師實在太牛了，值得學習!!

ID:557566 · 發表于 2020-10-13 14:05

很好的玩具車,可以量產了

ID:842962 · 發表于 2020-12-22 09:09

里邊的氣體填充是什么

ID:108361 · 發表于 2023-10-25 13:30

010706 發表于 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

ID:1084716 · 發表于 2023-10-25 16:49

不錯。支持一下

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