👨🏿‍🌾 🛠️ 💻 制作简单的RC航空船 😗 😅 🕴🏼

有时，在Internet上，我会遇到初学者提出的问题，他们想从头开始建造直升机并为其编写固件。我本人就是这样，为了练习创建RC模型，我决定从简单的事情开始。

他在最小的文章中详细介绍了船的算法，控制面板和组件的选择。

为什么要乘高空船？

简单
便宜
;
, -.

飞行器很棒，但是很难。在空中，如果出现问题，您不能只关掉螺丝。是的，即使飞机，也需要非常好的推力，更不用说多直升机了。

这样的平台

（此处有更详细的描述）。

在大多数情况下，它们只能沿着人造的光滑表面移动，并且它们的控制方式非常不同。

但是在水上我们可以在任何地方航行，这将来会给我们提供使用GPS进行自动驾驶的机会。带有螺旋桨的经典设计对我来说是很复杂的，因为从外壳上出来的轴出口单元-我无法想象如何密封它。

空气推进系统的更多优势：

它可以放在不同的平台上：船，雪橇，一块聚苯乙烯...
它不会卡在底部或藻类上。

设备必须旋转。有3个选项：

一圈螺丝+方向盘 ;
一螺丝+车削系统 ;
两个固定螺钉。改变他们的渴望是最简单的方法。他用了。

遥控功能

工作原理

1个操纵杆+多个开关。遥控器的任务是在操纵杆手柄的位置上发送数据并每秒切换几次。

怎么办

首先，您需要一个无线电发射器。最便宜的选择是NRF24L01 +，价格为$ 0.85。

其次，您需要一个操纵杆。另外1美元。

几个开关- $ 0.12。

好吧，所有这些都以0.13美元的价格固定在一块PCB上。

已经算了2.1美元，但仍然需要MK和食物。这里的一切还不是很清楚。

展望未来，我会说ATmega8或STM8S103F3P6足够了，但是由于我开始了这个项目很长时间，而且经验很少，所以我将它撞到了Arduino Pro Mini控制面板和Arduino Nano船上（到处都是ATmega32P）。

在远程仍然需要：

电源转换器0.9-5 V-> 5 V，可为Arduino供电，价格为0.35美元（USB连接器和一块电路板可以断开，以实现紧凑性）；
用于给无线电模块供电的3.3V稳定器AMS1117-3.3，每单位成本为0.03美元；
一根手指电池的电池盒价格为0.15美元 ;

总计加$ 0.53。除了控制器，一对电容器和电线外，控制台组件的成本为2.63美元。

RC模型填充

组成部分

一切都来自引擎。您购买的发动机，电子设备都必须安装有这种功率，并且需要底座（船，雪橇）来提供相应的承载能力。从意识形态上讲，仅需要以正确的速度旋转螺钉，就需要进行其他所有操作。

我在这里买与螺旋桨发动机

在每双2.88 $。

我把L293D当作电动机驱动器-另一个0.35美元。

然后有一个问题

L293D . , .

食物。我们将需要多达三个电源电压：

除无线电模块外，所有电子设备的电压为5 V；
无线电模块为3.3 V;
用于尽可能多的电动机（最小4.2 V）。

1和2与控制面板中的相同，对于电机，我们将MT3608的价格为$ 0.86。

现在最有趣的部分是：陀螺仪。MPU-6050模块的价格为1.53美元。希望也使用加速度计，以便当操纵杆移至侧面时，船舶就位。但是最后，他放弃了这个想法：略微的俯仰斜率，系统开始认为它正在向前或向后加速。事实证明，仅通过操纵杆补偿向前/向后运动，就可以更轻松地将船转到适当的位置。

再加上0.4美元即可获得2个AA电池的电池盒，并获得6.4美元的组件，无需控制器和电线。

程序

再说一遍，让我们从引擎出发。L293D驱动的两个引擎中的每个引擎可能会~~或可能不会挖~~：

向前旋转；
回旋；
不要扭曲。

为了使代码更易于阅读，请编写

6功能

inline void motLeftStop(){
  PORTD &= ~(1 << MOT_LEFT_PLUS);
  PORTD &= ~(1 << MOT_LEFT_MINUS);
}

inline void motLeftForward(){    
  PORTD |= 1 << MOT_LEFT_PLUS;
  PORTD &= ~(1 << MOT_LEFT_MINUS);
}

inline void motLeftBackward(){
  PORTD &= ~(1 << MOT_LEFT_PLUS);
  PORTD |= 1 << MOT_LEFT_MINUS;
}

inline void motRightStop(){
  PORTD &= ~(1 << MOT_RIGHT_PLUS);
  PORTD &= ~(1 << MOT_RIGHT_MINUS);
}

inline void motRightForward(){
  PORTD |= 1 << MOT_RIGHT_PLUS;
  PORTD &= ~(1 << MOT_RIGHT_MINUS);
}

inline void motRightBackward(){
  PORTD &= ~(1 << MOT_RIGHT_PLUS);
  PORTD |= 1 << MOT_RIGHT_MINUS;
}

现在我们要控制螺钉的旋转速度。当然，我们将使用PWM进行此操作。我不知道这样的PWM是否可以在硬件中完成...我以编程方式中断了它。声明一对全局变量

int8_t motLeft = 0, motRight = 0; // -127..+127

让这些变量的值<0表示您需要向后旋转，值> 0-向前，如果它们为0，则不需要扭曲。

我们将编写计时器中断处理程序

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
  if(motLeft > 0)
    motLeftForward();
  else if(motLeft < 0)
    motLeftBackward();
  if(motRight > 0)
    motRightForward();
  else if(motRight < 0)
    motRightBackward();
}

ISR(TIMER2_COMPA_vect)
{
  motLeftStop();
}

ISR(TIMER2_COMPB_vect)
{
  motRightStop();
}

现在，要更改螺旋桨的旋转速度，我们需要执行2个操作：

在motLeft / motRight中写入正，负或零值（模块不重要）；
在OCR2A / OCR2B中记录“转速”。

让我们为此编写更多的功能

void setMotLeft(int8_t v){ // -127..+127
  if(abs(v) < 5) v = 0;
  motLeft = v;  
  OCR2A = abs(v) * 2;
}

void setMotRight(int8_t v){ // -127..+127
  if(abs(v) < 5) v = 0;
  motRight = v;
  OCR2B = abs(v) * 2;
}

if(abs(v) < 5) v = 0;

OCR2x 5 ( ).

现在剩下的是配置MK引脚和计时器

void motInit(){
  DDRD |= (1 << MOT_LEFT_PLUS) | (1 << MOT_LEFT_MINUS) | (1 << MOT_RIGHT_PLUS) | (1 << MOT_RIGHT_MINUS);
  //TCCR2B |= (1 << CS22)|(1 << CS21)|(1 << CS20); // set up timer with prescaler = 1024.   16 
  //TCCR2B |= (1 << CS22)|(0 << CS21)|(0 << CS20); // set up timer with prescaler = 64.   1 
  TCCR2B |= (0 << CS22)|(1 << CS21)|(0 << CS20); // set up timer with prescaler = 8.  128 
  //TCCR2B |= (0 << CS22)|(0 << CS21)|(1 << CS20); // set up timer with prescaler = 1.  16 
  TIMSK2 |= (1 << TOIE2)|(1 << OCIE2A)|(1 << OCIE2B); // enable overflow interrupt
  TCCR2A &= ~(3); // set WGM20 = 0, WGM21 = 0
  TCCR2B &= ~(1 << 3); // set WGM22 = 0
  setMotLeft(0);
  setMotRight(0);
  sei();
}

您只需调用函数setMotLeft（int8_t v）和setMotRight（int8_t v），即可控制电动机。

但是我们要控制船不对！我们要发出“前进/后退”和“右/左”之类的命令！让她找出为此必须扭转的螺旋桨。此外，我希望船本身能够补偿风，洋流和弯曲螺旋桨的转向作用！

让我们从另一边开始。从遥控器。在最简单的情况下，其操作算法如下：

打开电源时，请记住操纵杆的初始位置。
在循环中，读取操纵杆的位置，从中减去零位置，然后将数据发送到船上。

我们的无线电模块最多支持32个字节的数据包。为了不记住位移，我们将使用记录

struct ControlStatus{
  int16_t x,y;
}  controlStatus;

如下

    uint8_t packet[MAX_BUFF]; 
    memset(packet, 0, MAX_BUFF);    
    controlStatus.x = (int16_t)analogRead(1) - x0;
    controlStatus.y = (int16_t)analogRead(0) - y0;
    memcpy(packet, &controlStatus, sizeof(controlStatus));
    Mirf.send(packet);
    while(Mirf.isSending()){;};

在接收方，我们将声明完全相同的记录，

我们将填充它

  while (Mirf.dataReady()) { 
    uint8_t data[MAX_BUFF];
    Mirf.getData(data);
    memcpy(&controlStatus, data, sizeof(controlStatus));
    setMotRot(-controlStatus.x);
    setMotForward(controlStatus.y); 
  }

在函数setMotRot和setMotForward中

将值写入全局变量motRot和motForward

void setMotRot(int16_t v){
  if(abs(v)<10) v = 0;
  motRot = (int32_t)v;
}
void setMotForward(int16_t v){
  if(abs(v)<10) v = 0;
  motForward = (int32_t)v;
}

让我们继续进行最有趣的事情。关于如何转换“以每秒5度的速度向左转并向前移动一点！” 改为“左引擎后退10％，右引擎前20％！”。

关于什么是PID控制器，已经有很多著作。我只使用了两个旋转组件：

比例
积分。

对于来回移动，监管机构没有使用它。

让我们举个例子：

int32_t iDeltaRot = 0;
void motTick(){
  int32_t rot = getRotAvg(); //     
  int32_t deltaRot = rot - motRot * rotMaxSpeed / 512;
  iDeltaRot += deltaRot;
  int32_t motRight = (int32_t)motForward * forwardMult - deltaRot * rotMult - iDeltaRot * iDeltaRotMult, 
          motLeft  = (int32_t)motForward * forwardMult + deltaRot * rotMult + iDeltaRot * iDeltaRotMult;  

  int32_t motMax = max(abs(motRight), abs(motLeft));
  if(motMax > 127){
    motRight = (int32_t)motRight * 127 / motMax;
    motLeft  = (int32_t)motLeft  * 127 / motMax;
  }
  
  setMotRight(motRight);
  setMotLeft(motLeft);
}

简化了代码，以专注于重要部分；存档将具有完整版本。

我们在这里做什么？

我们计算船的实际旋转速度（rot）与所需的实际旋转速度（motRot * rotMaxSpeed）之间的差；
我们计算出motRight和motLeft螺钉的期望转速；
如果所需的旋转速度超过最大可能的速度，则在保持两者之间的比率的同时降低它们。
我们称我们已经熟悉的setMotRight / setMotLeft。

仅此而已！

这就是整个船的控制算法！

有困难吗？我认为不是。但是，尽管如此，在测试和调整过程中出现了很多问题，如果是飞机，则会导致大量坠机。

所描述的函数中有4个系数：

forwardMult-对操纵杆前进/后退运动的敏感性；
rotMaxSpeed-完全向右/向左倾斜操纵杆时所需的旋转速度；
rotMult-比例分量的系数（当前转速与所需转速之间的偏差会影响旋转多少）；
iDeltaRotMult-积分分量的系数（当前转角与所需转角的偏差在多大程度上影响旋转）。

这些系数是通过实验调整的，船对操纵杆的反应和外部展开的影响将取决于它们。

状态指示

在调试/调试时，“为什么船对操纵杆的反应不是我想要的那样？”系列中会有一些困惑。可以通过在PC上显示调试信息来调试某些点，但是，更方便地了解当场发生的事情。首先，我考虑了2种选择：

笔记本电脑;
LCD诺基亚5110

两者的缺点都是可以理解的：笔记本电脑很大且不便于携带，诺基亚5110显示屏不允许您同时显示大量的船况参数。

我在他们之间进行了交叉：Nextion增强型NX4827K043-通用4.3英寸HMI触摸显示器。借助触摸屏，您可以在旅途中快速方便地调整船只参数。这是一种计算机，包括：

单片机GD32F103R8T6;
SDRAM华邦W9864G6KH-6（8 MB）;
华邦W25Q256FVFG闪存（32 MB，100,000个重写周期，非常好）;
FPGA Altera MAX II EPM570T144C5N。

组装中的所有内容都看起来像这样（可单击）：此计算机/显示器是一个黑匣子，旨在与人互动。甚至现有的GPIO也经过了改进，可以连接按钮和指示器。他们的扩展委员会对此进行了确认。因此，将内置控制器用作船的遥控器（读取操纵杆，与无线电模块NRF24L01 +交换数据）将失败。要与微控制器进行交互，需要使用UART，仅此而已。关于如何使用此显示器可以完成什么工作，Youtube上写了很多+视频。你看，例如，在这里它是

-一切都清楚地显示在那里。但是由于此显示器比船上所有其他组件和控制台的总和还贵，因此我将更详细地描述使用它的印象。也许这将有助于某人了解此选项是否适合他，或者更适合使用诺基亚5110笔记本电脑/显示器。Nextion增强型NX4827K043的优点：

很好用。在YouTube上有简单的文档，示例，视频，...在几个小时内，您可以从头开始解决。您几乎需要了解有关他的所有内容都在两页上：Wiki页和指令集
发展很快。像Visual Studio这样的可视编辑器（只会更简单）。我扔了组件，一切正常。
高品质的组件。相同的闪存可进行100k重写周期。
调试器，可以使用PC模拟显示并通过COM端口与MK通信。仅在一切正常后，您才能充分开发设备，调试并购买显示器。
虽然他有问题
. . , , .
电阻式传感器您可以创建相当小的控件，并用指甲或任何手写笔戳一下它们。

缺点：

价钱对于4.3英寸的显示屏，50美元仍然很多。
现有组件很少，组件设置很少，如何创建自己的组件还不清楚。绘制图元（线，矩形，圆等）的功能部分抵消了此功能。
升级后，标准量规组件会闪烁。
没有（至少我没有找到）透明度。
电源要求：4.75-7 V，平均电流250 mA。电压下降时，显示屏开始闪烁。
仅UART。可以在SPI和I²C上与他进行通信。
GPIO输出仅用于电缆（无梳状2.54 mm），无ADC。

通常，显示器给人的印象是非常高质量的产品，使用起来既轻松又愉快。

显示器可以一次执行两项任务：

状态指示。我主要感兴趣：
- 螺钉的“转速”；
- iDeltaRot变量的值是所需的转弯角与所需的转角相差多少；
- 船转速
- 船的旋转角度；
- 从遥控器接收数据包的频率；
- motTick函数的调用频率。
设置参数，即上述的forwardMult，rotMaxSpeed，rotMult，iDeltaRotMult。