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基于Arduino開源環(huán)境自制小型遙控氣墊船制作

  [復(fù)制鏈接]
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樓主
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，用來操控這塊板子上的一些功能，例如電機(jī)驅(qū)動以及控制一些IO口之類的。這兩個(gè)項(xiàng)目制作過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)來準(zhǔn)備使用這套板子來制作一些項(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。
首先話不多說，上完成品照片：



接下來我就會帶來整個(gè)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(gè)L9110s電機(jī)驅(qū)動芯片，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。對于這個(gè)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(gè)驅(qū)動芯片是支持正反轉(zhuǎn)PWM調(diào)速的，有一個(gè)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(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，對于一些車船類的項(xiàng)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(xiàng)目。但是我對于車船類的項(xiàng)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(xiàng)目，就動心了。

想法到圖紙

之前玩過一段時(shí)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(jī)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(jī)。但是接著我就發(fā)現(xiàn)那我為啥不用arduino nano板來做，因?yàn)檫@么做的話貌似我板子上的功能一個(gè)都沒用到，簡直就是浪費(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(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，拆開上電之后，感覺風(fēng)還挺大，比得上一個(gè)小電扇了，于是確定了這個(gè)動力系統(tǒng)。720電機(jī)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(gè)很重要的問題要解決——?dú)鈮|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(gè)風(fēng)扇作為推進(jìn)，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?yàn)橹恍枰粋�(gè)電機(jī)，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(shí)行起來比較麻煩。另外一類是使用兩個(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(gè)支持正反轉(zhuǎn)PWM調(diào)速的驅(qū)動芯片來驅(qū)動，達(dá)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(qiáng)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(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(gè)操作，請各位看官輕拍。


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)過去了。之前確實(shí)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?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，沒有問題，由于切割KT板的時(shí)候切割機(jī)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(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，這時(shí)候門鈴響了，原來是買的電機(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——編寫代碼了！

程序的編寫

其實(shí)控制程序非常簡單，首先說接受端，其實(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速。于是一段時(shí)間過后，我編好了接受端的代碼。
  1. //接收端程序
  2.   
  3. #include <SPI.h>
  4. #include <Mirf.h>
  5. #include <nRF24L01.h>
  6. #include <MirfHardwareSpiDriver.h>
  7.   
  8. unsigned int value;
  9. unsigned int CH1,CH3,left,right,qi;
  10. void setup()
  11. {
  12.   Serial.begin(9600);
  13.   Mirf.spi = &MirfHardwareSpi;
  14.   Mirf.init();
  15.   
  16.   Mirf.setRADDR((byte *)"FGHIJ"); //設(shè)置自己的地址（接收端地址），使用5個(gè)字符
  17.   Mirf.payload = sizeof(value);   
  18.   Mirf.channel = 90;   //設(shè)置使用的信道
  19.   Mirf.config();
  20.   Serial.println("Listening...");  //開始監(jiān)聽接收到的數(shù)據(jù)

  22.   pinMode(10,OUTPUT);
  23.   pinMode(5,OUTPUT);
  24.   pinMode(6,OUTPUT);
  25.   pinMode(3,OUTPUT);
  26.   pinMode(9,OUTPUT);
  27.   digitalWrite(5,0);
  28.   digitalWrite(6,0);
  29.   digitalWrite(9,0);
  30.   digitalWrite(3,0);
  31.   digitalWrite(10,0);
  32. }
  33.   
  34. void loop()
  35. {
  36.   if(Mirf.dataReady()) {  //當(dāng)接收到程序，便從串口輸出接收到的數(shù)據(jù)
  37.     Mirf.getData((byte *) &value);

  39.     CH3=(unsigned int)value&255;
  40.     CH1=(unsigned int)value>>8;
  41.      

  43.     if(CH1>140)
  44.     {
  45.        qi=CH1;
  46.        if(CH3>135)       //左轉(zhuǎn)彎
  47.        {
  48.          right=CH1;
  49.          
  50.          if(CH1<CH3)     
  51.            left=0;
  52.          else
  53.            left=CH1-CH3/3.5;
  54.        }
  55.        else if(CH3<120)    //右轉(zhuǎn)彎
  56.        {
  57.          if(CH1<(255-CH3))
  58.            right=0;
  59.          else
  60.            right=CH1-((255-CH3)/3.5);
  61.             
  62.          left=CH1;
  63.        }
  64.        else
  65.        {
  66.          right=CH1;
  67.          left=CH1;
  68.        }
  69.     }
  70.     else
  71.     {
  72.       left=0;
  73.       right=0;
  74.       qi=0;
  75.     }
  76.      
  77.     analogWrite(3,left);
  78.     analogWrite(9,right);
  79.     analogWrite(10,qi);

  81.     Serial.print("Got data: ");
  82.     Serial.print(CH1);
  83.     Serial.print(" ");
  84.     Serial.print(CH3);
  85.     Serial.print(" ");
  86.     Serial.print(left);
  87.     Serial.print(" ");
  88.     Serial.println(right);
  89.   }
  90. }
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。
  1. //發(fā)射端程序
  2.   
  3. #include <SPI.h>
  4. #include <Mirf.h>
  5. #include <nRF24L01.h>
  6. #include <MirfHardwareSpiDriver.h>
  7.   
  8. unsigned int value,value1;
  9. unsigned int data;

  11. unsigned int CH1,CH3;
  12. void setup()
  13. {
  14.   Mirf.spi = &MirfHardwareSpi;
  15.   Mirf.init();
  16.   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
  17.   Mirf.payload = sizeof(value);
  18.   Mirf.channel = 90;              //設(shè)置所用信道
  19.   Mirf.config();

  21.   Serial.begin(9600);
  22. }
  23.   
  24. void loop()
  25. {
  26.   Mirf.setTADDR((byte *)"FGHIJ");           //設(shè)置接收端地址
  27.   value = analogRead(1);                      //0-255的隨機(jī)數(shù)
  28.   value1 = analogRead(6);

  30.   CH1=value/4;
  31.   CH3=value1/4;

  33.   data=((unsigned int)(CH1<<8)+CH3);
  34.   Serial.print(CH1);
  35.   Serial.print(" ");
  36.   Serial.print(CH3);
  37.   Serial.print(" ");
  38.   Serial.println(data);
  39.   //Serial.println(value1);
  40.   Mirf.send((byte *)&data);                //發(fā)送指令，發(fā)送隨機(jī)數(shù)value
  41.   while(Mirf.isSending()) delay(1);         //直到發(fā)送成功，退出循環(huán)
  42.   delay(10);
  43. }
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�。◣缀醪缓偷孛娼佑|），所以推進(jìn)電機(jī)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(jī)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(gè)問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，也就是磁力計(jì)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(gè)推進(jìn)電機(jī)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(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(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)或者電機(jī)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(gè)氣墊船跑起來達(dá)到了我的目的，對于 其的一些改進(jìn)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(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)該會等到做完那個(gè)項(xiàng)目之后。如果你對這個(gè)氣墊船有什么改進(jìn)的建議，歡迎提出來。


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沙發(fā)
ID:473907 發(fā)表于 2019-6-13 14:32 | 只看該作者
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
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板凳
ID:614250 發(fā)表于 2019-9-20 23:08 | 只看該作者
怎么防水啊
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地板
ID:300101 發(fā)表于 2019-9-25 10:01 | 只看該作者
很好的玩具車可以聯(lián)系廠家量產(chǎn)了
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5#
ID:608673 發(fā)表于 2019-9-26 11:43 | 只看該作者
有視頻就好了  看看你的驅(qū)動成果
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6#
ID:613217 發(fā)表于 2019-9-27 07:17 來自觸屏版 | 只看該作者
太帥了，有朝一日必做一個(gè)
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7#
ID:617327 發(fā)表于 2019-9-28 02:19 | 只看該作者
感謝分享，厲害
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8#
ID:618532 發(fā)表于 2019-10-1 08:31 | 只看該作者
求氣墊船開源
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9#
ID:620186 發(fā)表于 2019-10-7 20:03 | 只看該作者
厲害 想搞一個(gè)
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10#
ID:631549 發(fā)表于 2019-10-31 14:18 | 只看該作者
大師太牛了，值得學(xué)習(xí)
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11#
ID:632343 發(fā)表于 2019-10-31 18:07 | 只看該作者
很不錯(cuò)~不過想看一下視頻是怎么走動的。
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12#
ID:92231 發(fā)表于 2020-2-16 18:18 來自觸屏版 | 只看該作者
太厲害了，贊
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13#
ID:675619 發(fā)表于 2020-2-19 16:05 | 只看該作者
這個(gè)設(shè)計(jì)不錯(cuò)哦，模塊化就可以組裝了
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14#
ID:29972 發(fā)表于 2020-7-29 14:17 | 只看該作者
跑直線的問題解決了嗎？
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15#
ID:384013 發(fā)表于 2020-7-30 08:53 | 只看該作者

大師實(shí)在太牛了，值得學(xué)習(xí)!!
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16#
ID:557566 發(fā)表于 2020-10-13 14:05 | 只看該作者
很好的玩具車,可以量產(chǎn)了
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17#
ID:842962 發(fā)表于 2020-12-22 09:09 | 只看該作者
里邊的氣體填充是什么
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18#
ID:108361 發(fā)表于 2023-10-25 13:30 | 只看該作者
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(gè)電扇再往里面吹風(fēng)
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19#
ID:1084716 發(fā)表于 2023-10-25 16:49 | 只看該作者
不錯(cuò)。支持一下
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