[Maker]不握遥控器？Arduino+电调控制四轴飞行器电机

今天我们来论如何上天。

也许我们想飞得更高，看得更远

或是打造一款澎湃动力的电动漂移板：

那我们总离不开用单片机控制电机。

那么，arduino控制电机跟arduino通过电调控制电机区别在哪儿呢？

前者，控制小电机是比较容易的。然而对于四轴和电动滑板，电压太高烧主板！
由于电池电压过高（四轴无人机电压14.1V，电动漂移板28.8V），若是直接连接单片机，会烧坏。
这个时候便需要连接电调（speed controler）作为中转桥梁。

问题就是，电机连上电调后，就不受单片机直接控制了。电调就像是一位机场的安检员，只有“说服”安检员，让安检员传话给电机，电机才会动。

那怎么样用Arduino “说服” 电调呢？

Arduino控制高电压的四轴电机需要电调，然而坑爹的是电调默认校准方式是实体遥控器校准，电调说明书上并没写关于单片机与软件控制的方法，且目前网上搜集到的这方面教程比较散乱。

因此这篇文章的目的就是，一条龙解决Arduino连接电调控制电机。也就是让这小家伙通过Arduino而不是实体遥控器转起来，这样可以为自己用手机app遥控（一个实体遥控器几百呢）、电脑控制和以后其自主编程控制提供方便。

---

claim：standing on the shoulders of the giants

接下来以四轴无人机电机为例，电动滑板轮毅电机同理

要点:
1.电路连接方式
2.PWM控制
3.电调初始化
4.转速的有效信号区间查找
5.Wifi遥控时Arduino中 Serial.read() 的char转换为 速度的 int
5.过渡与渐变

材料
四轴20A电调	1
四轴2212电机	1
4S电池或直流电源	1
连接	若干

若电机有报障声音，请参考电调故障申明

值得注意的是，声音是从电机上发出来的，并不是电调。

其次，电机的声音能给我们提供非常多的反馈信息。

准备就绪后，电机没有声音又没有转动，说明电路未连接正确或电压不够（要大于7V）。

1.连接方式

电路连接方式

总的来说，就是：电源连电调，电调的电源线连电机+电调的信号线连arduino（接有“~”标记的7）

一张图搞定（只不过这里的接收机为Arduino）：

电调与arduino连接时，因为电调有自动低压保护措施，记得要保证电源电压大于7V，才能正常激活电调！否则什么反应都没有。

有电池的同学用电池，当然电池什么的相比，还是可直接调压的直流电源更方便。

7V以上电压才能激活

2.电调初始化

这电调可高级了，内置独立的程序和连接马达的报错程序。

最关键的是，电调首次使用，没调制好油门行程，也是不能驱动电机的。想要首次激活电调，就要在Arduino上说一样的“暗号”，也就是模仿实体遥控器的程序走一遍。

说明书上关于实体遥控器校准的方法是这样的：

于是，我们需要模拟设置油门行程。

模拟设置油门行程代码如下，直接刷入Arduino等待几秒，若电调发出滴滴声音后开始转动，表示已激活（正常使用时只需要激活一遍，当然重复激活也不影响）:

int sp1=9;//定义舵机接口数字接口7
int pulsewidth;//定义脉宽变量
int val;
int val1;
int myangle1;
//下面是servopulse函数部分(此函数意思:也就是說每次都是0.5ms高電平 1.98ms低電平 然後再0.52ms低電平 17ms延時也是低電平)
void servopulse(int sp1,int val1)//定义一个脉冲函数
{
  myangle1=map(val1,0,180,500,2480);
  digitalWrite(sp1,HIGH);//将舵机接口电平至高
  delayMicroseconds(myangle1);//延时脉宽值的微秒数
  digitalWrite(sp1,LOW);//将舵机接口电平至低
  delay(20-val1/1000);
}
//servopulse函数部分到此结束
void setup()
{
  pinMode(sp1,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口
  //设置两组串口波特率
  Serial.begin(9600);
  
  Serial.println("servu=o_seral_simple ready" ) ;
  
  //看电调说明书，设置油门行程时，一开始需要把遥控器打到最高点。i<=110大概是2杪多
  for(int i=0;i<=110;i++)
    {
      servopulse(sp1,150);//引用脉冲函数
    }
    
//等电机发出B-B两声后（就是两秒后，大概就是这里了）把油门打到最低点
    for(int i=0;i<=55;i++)
    {
      servopulse(sp1,20);//引用脉冲函数
    }
    
//后面提示后，就可以控制电机转动了
    for(int i=0;i<=150;i++)
    {
      servopulse(sp1,150);//引用脉冲函数
    }
    
    Serial.println("hello world" ) ;
  
}

void loop()
{
    Serial.print(val1,DEC);
    Serial.println();
    for(int i=0;i<=50;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度
    {
      servopulse(sp1,val1);//set the speed
    }
  }

   }

设置好了之后，电机终于转起来了！若是正常使用，以后就不需要再次校准了。

但是，我们若在初始速度信号不等于0时启动了电机，电调就会报错，我们需要重新刷入这个程序进行一遍校准。

3.寻找速度的有效信号区间

校准后，我们就想控制速度了。下面刷入正式的代码，以调速：

int sp1=9;//定义舵机接口数字接口7
int pulsewidth;//定义脉宽变量
int val;
int val1;
int speed1=0;
int myangle1;



//下面是servopulse函数部分(此函数意思:也就是說每次都是0.5ms高電平 1.98ms低電平 然後再0.52ms低電平 17ms延時也是低電平)
void servopulse(int sp1,int val1)//定义一个脉冲函数
{
  myangle1=map(val1,0,180,500,2480);
  digitalWrite(sp1,HIGH);//将舵机接口电平至高
  delayMicroseconds(myangle1);//延时脉宽值的微秒数
  digitalWrite(sp1,LOW);//将舵机接口电平至低
  delay(20-val1/1000);
}
//servopulse函数部分到此结束
void setup()
{
  pinMode(sp1,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口
  //设置两组串口波特率
  Serial.begin(9600);
  
  Serial.println("servu=o_seral_simple ready" ) ;
    
    Serial.println("hello world" ) ;

}

void loop()
{
      String inchars="";
  while(Serial.available()>0)
  {
    char inchar=Serial.read();
    if(isDigit(inchar))
    {
      inchars+=inchar;
    }
      speed1=inchars.toInt();
  }


Serial.println(speed1);


    
    for(int i=0;i<=50;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度
    {
      servopulse(sp1,speed1);//引用脉冲函数
    }
  

}

我们知道，arduino的PMW功能其实是通过构造不同电压和时间，利用W=P*T来调控功率（速度）的。

我们首先来看一下这个脉冲函数的构造：

电调PMW信号构造

Arduino可以发出的PMW的范围是非常宽的,高达over 2000Hz，而我手上这款电调最高只能识别600，因此会被电调识别为无信号输入，产生报警。我们需要不断设置电调速度值，探索出有效信号区域。

于是，构造电调可以识别的PMW信号，代码如下：

int sp1=9;//定义舵机接口数字接口7
int pulsewidth;//定义脉宽变量
int val;
int val1;
int speed1=0;
int myangle1;

void servopulse(int sp1,int val1)//定义一个脉冲函数
{
  myangle1=map(val1,0,180,500,2480);
  digitalWrite(sp1,HIGH);//将舵机接口电平至高
  delayMicroseconds(myangle1);//延时脉宽值的微秒数
  digitalWrite(sp1,LOW);//将舵机接口电平至低
  delay(20-val1/1000);
}

构造好后，开始试探出识别的有效区间。简单来说，用二分法，在电压7V以上的条件下，找出min和max。

一般来说，min<50,max<200。我的电调很快通过二分法试出有效信号范围是[27,163];

这个时候，我们通过改变speed1的值，加上这条命令

      servopulse(sp1,speed1);//set the speed

就已经可以改变电机速度了。

直流电源上电压缓缓调高

Hhh，小心螺旋桨割到手，打开Arduino的Serial.命令台，输入一个有效区间内的速度，比如31，电源电压调起，感受风声吧~

4.Wifi遥控中读取到的String型速度转换为int型

可以改变速度后，我们想着怎样遥控接收更改的速度值。不论是蓝牙还是wifi遥控，都离不开Arduino中Serial.available 和Serial.read() 帮助我们获取和读取我们输入的速度值。问题就是，我们接收到的是String，是不能够speed=(int)String的

这个时候，我么需要把String转化为int。可是怎么转化呢，由于获取信号这个本身就涉及到函数调用，在调用过程中试图改变类型是非常难的，于是我们从result想办法。找了很久终于找到了：

将接收到的速度信号转化为int值 代码有：

void loop()
{
      String inchars="";
  while(Serial.available()>0)
  {
    char inchar=Serial.read();
    if(isDigit(inchar))
    {
      inchars+=inchar;
    }
      speed1=inchars.tolnt();
  }

记得清空 String要在每一个loop之前，而赋值要等到有新值输入后。

转化为int后，就可以设置电调速度了

speed1=inchars.tolnt();
servopulse(sp1,speed1);//set the speed

这个时候，我们已经具备了电脑、手机遥控电机速度的能力，甚至乎可以自己写app或用已有的app进行控制，如TCP连接;

6.平滑速度变化（可选）

我们改变电机速度的值，比如从10％到90％的时候，若是太快，电机会来不及变化，产生暴增或暴减，后果就是 无人机忽上忽下，或是电动滑板加速太快人仰马翻；若是太慢，会出现控制迟缓。因此，我们需要平滑速度变化。

延时函数
线性速度增长函数。

曲线函数
想要速度变得更加平滑的，比如先慢后快，可以用数学建模 弄一个过渡函数，比如(ax^2+bx+cx) or (a^x)，然后再把值赋给speed1.

好，至此为止，我们已经能够用Arduino连接电调控制无刷电机，甚至通过wifi进行遥控
这意味着我们具备了arduino驱动电机的基础，加上自己编写或应用手机软件，将在四轴无人机飞行和电动滑板上大显神通。

最后，愿大家都能做出像航模协会大神那样DIY的成品：

Good luck!^_

欢迎关注/交流讨论~

---

参考资料：

1.Arduino控制好盈电调

2.Arduino 编程入门到实战（PWM部分）

3.Arduino串口数据分割字符串和数字

4.单片机控制无刷电机转速——Arduino篇(详细代码)

5.Make: Drones: Teach an Arduino to Fly