使用無芯直流電機(jī)和nRF24L01構(gòu)建最快Arduino遙控車

遙控車玩起來總是很有趣，我個(gè)人是這些遙控車的忠實(shí)粉絲， 并且已經(jīng)（仍然）廣泛地玩過它們。如今，這些汽車中的大多數(shù)都提供了巨大的扭矩來應(yīng)對(duì)崎嶇的地形，但有些東西總是滯后，它的速度??！。。 所以，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將 使用 Arduino 構(gòu)建一個(gè)完全不同類型的 RC 汽車，主要這輛車的目標(biāo)是達(dá)到最高速度，因此我決定為遙控車試用 無芯直流電機(jī)。這些電機(jī)通常用于無人機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 39000 RPM 這應(yīng)該足以滿足我們對(duì)速度的渴望。該車將由一塊小型鋰電池供電，并可使用 nRF24L01 射頻模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

遙控車用無芯直流電機(jī)

該項(xiàng)目中使用的無芯直流電機(jī)如下圖所示。您可以輕松找到它們，因?yàn)樗鼈儚V泛用于迷你無人機(jī)。只需尋找 8520 磁性微型空心杯電機(jī)，您就會(huì)找到這些。

現(xiàn)在，將直流電機(jī)用于遙控車存在某些缺點(diǎn)。首先是它們提供非常低的啟動(dòng)扭矩，因此我們的遙控車應(yīng)該盡可能輕巧。這就是為什么我決定使用 SMD 組件在 PCB 上構(gòu)建整個(gè)汽車并盡可能減小電路板尺寸的原因。第二個(gè)問題是它的高速，39000 RPM（軸的 RPM）很難處理，所以我們需要在 Arduino 端使用 MOSFET 構(gòu)建的速度控制電路。第三件事是這些電機(jī)將由單個(gè)鋰聚合物電池供電，工作電壓在 3.6V 至 4.2V 之間，因此我們必須將電路設(shè)計(jì)為在 3.3V 上工作。這就是我們使用3.3V Arduino Pro mini的原因作為我們遙控車的大腦。理清了這些問題，我們來看看搭建這個(gè)項(xiàng)目所需要的材料。

所需材料

3.3V Arduino Pro Mini

Arduino納米

NRF24L01 – 2 個(gè)

操縱桿模塊

SI2302 MOSFET

1N5819 二極管

無鐵芯 BLDC 電機(jī)

AMS1117-3.3V

鋰聚合物電池

電阻器、電容器、

連接線

使用 Arduino 的遙控車射頻操縱桿

如前所述，遙控車將使用射頻操縱桿進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該操縱桿也將使用 Arduino 和 nRF24L01 RF 模塊構(gòu)建，我們還使用操縱桿模塊在所需方向控制我們的 RC。如果您對(duì)這兩個(gè)模塊完全陌生，您可以考慮閱讀使用 nRF24L01 連接 Arduino和使用 Arduino 連接操縱桿的文章，以了解它們的工作原理以及如何使用它們。要構(gòu)建您的Arduino RF 遠(yuǎn)程操縱桿，您可以按照下面的電路圖進(jìn)行操作。

RF 操縱桿電路可以使用納米板的 USB 端口供電。nRF24L01 模塊僅在 3.3V 上運(yùn)行，因此我們?cè)?Arduino 上使用了 3.3V 引腳。我在面包板上構(gòu)建了電路，如下所示，如果需要，您也可以為此創(chuàng)建一個(gè) PCB。

RF 操縱桿電路的Arduino 代碼非常簡(jiǎn)單，我們必須從操縱桿中讀取 X 值和 Y 值并通過 nRF24L01 將其發(fā)送到 RC 車。該電路的完整程序可以在本頁底部找到。我們不會(huì)對(duì)此進(jìn)行解釋，因?yàn)槲覀円呀?jīng)在上面共享的接口項(xiàng)目鏈接中討論了它。

Arduino RC 汽車電路圖

我們的遙控 Arduino 汽車的完整電路圖如下所示。電路圖還包括向我們的汽車添加兩個(gè) TCRT5000 IR 模塊的選項(xiàng)。這是為了讓我們的遙控車能夠作為線跟隨機(jī)器人工作，這樣它就可以獨(dú)立工作而不受外部控制。但是，為了這個(gè)項(xiàng)目，我們不會(huì)專注于它，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注另一個(gè)項(xiàng)目教程，我們將在其中嘗試構(gòu)建“Fastest Line Follower Robot”。為了便于構(gòu)建，我將兩個(gè)電路組合在一個(gè) PCB 上，您可以忽略該項(xiàng)目的 IR 傳感器和運(yùn)算放大器部分。

遙控車將由連接到終端 P1 的鋰電池供電。AMS117-3.3V用于為我們的 nRF24L01 和我們的專業(yè)迷你板調(diào)節(jié) 3.3V。我們也可以直接在原始引腳上為 Arduino 板供電，但 pro mini 上的板載 3.3V 穩(wěn)壓器將無法為我們的射頻模塊提供足夠的電流，因此我們使用了外部穩(wěn)壓器。

為了驅(qū)動(dòng)我們的兩個(gè) BLDC 電機(jī)，我們使用了兩個(gè) SI2302 MOSFET。確保這些 MOSFET 可由 3.3V 驅(qū)動(dòng)非常重要。如果您找不到完全相同的部件號(hào)，您可以尋找具有以下傳輸特性的等效 MOSFET

電機(jī)可以消耗高達(dá) 7A 的峰值電流（在負(fù)載下連續(xù)測(cè)試為 3A），因此 MOSFET 漏極電流應(yīng)為 7A 或更高，并且應(yīng)在 3.3V 時(shí)完全開啟。正如您在此處看到的，我們選擇的 MOSFET 即使在 2.25V 下也可以提供 10A，因此它是一個(gè)理想的選擇。

為 Arduino 遙控車制造 PCB

構(gòu)建這個(gè)項(xiàng)目的有趣部分是 PCB 開發(fā)。這里的 PCB 不僅形成電路，而且還充當(dāng)我們汽車的底盤，因此我們?yōu)樗O(shè)計(jì)了一個(gè)看起來像汽車的形狀，并且可以選擇輕松安裝我們的電機(jī)。您也可以嘗試使用上面的電路設(shè)計(jì)自己的 PCB，或者您可以使用我的 PCB 設(shè)計(jì)，完成后如下所示。

如您所見，我設(shè)計(jì)的 PCB 可以輕松安裝電池、電機(jī)和其他組件。

組裝印刷電路板

我打開焊條并開始組裝電路板。由于腳印、焊盤、通孔和絲網(wǎng)印刷的形狀和尺寸都非常完美，因此組裝電路板沒有問題。從開箱開始，僅用了 10 分鐘，電路板就準(zhǔn)備好了。

焊接后的幾張電路板圖片 如下所示。

3D 打印輪子和電機(jī)支架

正如您在上圖中可能已經(jīng)注意到的那樣，我們需要對(duì)機(jī)器人的電機(jī)支架和輪子進(jìn)行 3D 建模。如果您使用了我們上面共享的 PCB Gerber 文件，那么您不妨從這個(gè)thingiverse 鏈接下載它來使用 3D 模型。

我使用 Cura 對(duì)我的模型進(jìn)行切片并使用 Tevo Terantuala 打印它們，沒有支撐和 0% 填充以減輕重量。您可以更改適合我們打印機(jī)的設(shè)置。由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)得非?？?，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)與電機(jī)軸緊密貼合的輪子非常困難。因此，我決定在輪子內(nèi)使用無人機(jī)葉片，如下所示

我發(fā)現(xiàn)這更可靠和堅(jiān)固，但是，嘗試不同的車輪設(shè)計(jì)，并在評(píng)論部分告訴我什么對(duì)你有用。

對(duì) Arduino 進(jìn)行編程

該項(xiàng)目的完整程序（Arduino nano 和 pro mini）可以在本頁底部找到。你的RC程序的解釋如下

我們通過包含所需的頭文件來啟動(dòng)程序。請(qǐng)注意，nRF24l01 模塊需要將庫(kù)添加到您的 Arduino IDE，您可以使用此鏈接從 Github 下載 RF24 庫(kù)。除此之外，我們已經(jīng)為我們的機(jī)器人定義了最小速度和最大速度。最小和最大范圍分別為 0 到 1024。

#define min_speed 200
#define max_speed 800
#include 
#include "RF24.h"
RF24 myRadio (7, 8);

然后在 setup 函數(shù)中，我們初始化我們的 nRF24L01 模塊。我們使用了 115 個(gè)頻段，因?yàn)樗粨砣?，并且已將模塊設(shè)置為低功耗運(yùn)行，您也可以使用這些設(shè)置。

無效設(shè)置（）{
  串行.開始（9600）；
  myRadio.begin();
  myRadio.setChannel(115); //115頻段以上WIFI信號(hào)
  myRadio.setPALevel(RF24_PA_MIN); //MIN 功率低范圍
  myRadio.setDataRate(RF24_250KBPS); //最低速度
}

接下來在主循環(huán)函數(shù)中，我們將只執(zhí)行 ReadData 函數(shù)，我們將使用該函數(shù)不斷讀取從 Transmitter 操縱桿模塊發(fā)送的值。注意程序中提到的管道地址應(yīng)該和發(fā)射器程序中提到的一樣。我們還打印了我們收到的用于調(diào)試目的的值。成功讀取值后，我們將執(zhí)行 Control Car 功能，根據(jù)從
Rf 模塊接收到的值來控制我們的 RC 汽車。

無效讀取數(shù)據(jù)（）
{
  myRadio.openReadingPipe(1, 0xF0F0F0F0AA); //讀取哪個(gè)管道，40位地址
  myRadio.startListening(); //停止傳輸并開始接收
  if (myRadio.available())
  {
    而（myRadio.available（））
    {
      myRadio.read( &data, sizeof(data) );
    }
    Serial.print("\n收到:");
    序列號(hào).println(data.msg);
    收到 = data.msg;
    控制車（）；
  }
}

在 Control Car 函數(shù)中，我們將使用模擬寫入函數(shù)控制連接到 PWM 引腳的電機(jī)。在我們的發(fā)射器程序中，我們將 Nano 的 A0 和 A1 引腳的模擬值轉(zhuǎn)換為 1 到 10、11 到 20、21 到 30 和 31 到 40，分別用于控制汽車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。下面的程序用于控制機(jī)器人的前進(jìn)方向

if (received>=1 && received <=10) // 前進(jìn)
  {
    int PWM_Value = map (收到, 1, 10, min_speed, max_speed);
    模擬寫入（R_MR，PWM_Value）；
    模擬寫入（L_MR，PWM_Value）；
  }

同樣的，我們也可以多寫三個(gè)函數(shù)來進(jìn)行反向、左、右控制，如下圖。

    if (received>=11 && received <=20) // 中斷
  {
    int PWM_Value = map (收到, 11, 20, min_speed, max_speed);
    類比寫入（R_MR，0）；
    類比寫入（L_MR，0）；
  }
    if (received>=21 && received <=30) // 左轉(zhuǎn)
  {
    int PWM_Value = map (收到, 21, 30, min_speed, max_speed);
    模擬寫入（R_MR，PWM_Value）；
    類比寫入（L_MR，0）；
  }
      if (received>=31 && received <=40) // 右轉(zhuǎn)
  {
    int PWM_Value = map (收到, 31, 40, min_speed, max_speed);
    類比寫入（R_MR，0）；
    模擬寫入（L_MR，PWM_Value）；
  }

Arduino 遙控車的工作

完成代碼后，將其上傳到您的專業(yè)迷你板上。通過 FTDI 模塊取出電池和電路板進(jìn)行測(cè)試。啟動(dòng)您的代碼，打開串行電池，您應(yīng)該會(huì)收到來自發(fā)射器操縱桿模塊的值。連接你的電池，你的電機(jī)也應(yīng)該開始旋轉(zhuǎn)。

射頻遙控操縱桿


/*將射頻值傳輸?shù)?Arduino 的代碼

*

* 引腳連接

* CE - 7

MISO - 12

MOSI - 11

SCK - 13

CS - 8

A0 - JoyX

A1 - JoyY

*/

#include

#include "RF24.h "

RF24 myRadio (7, 8);

結(jié)構(gòu)包

{

int msg = 0;

};

字節(jié)地址[][6] = {"0"};

typedef struct package 封裝；

包裝資料；

無效設(shè)置（）

{

序列.開始（9600）；

myRadio.begin();

myRadio.setChannel(115); //115頻段以上WIFI信號(hào)

myRadio.setPALevel(RF24_PA_MAX); //MAX power long 憤怒

myRadio.setDataRate(RF24_250KBPS); //最小速度

延遲(500);

Serial.print("遠(yuǎn)程初始化");

}

向前詮釋；

逆向；

int左;

詮釋正確；

無效循環(huán)（）

{

int xValue = 模擬讀取（A0）；//讀取JoyX值

int yValue = analogRead(A1); //讀取JoyY值

//Serial.print(xValue); 序列號(hào).print(" , "); Serial.println(yValue);

if (xValue>560 && xValue<1000) // 為向上過濾 JoyX

{

forward = map (xValue, 560, 1000, 1, 10); //將 Joyx-up 轉(zhuǎn)換為 0-10

//Serial.print("F="); Serial.println(轉(zhuǎn)發(fā));

data.msg = 轉(zhuǎn)發(fā)；寫入數(shù)據(jù)（）；延遲（50）；

}

if (xValue<500 && xValue > 10) // 過濾 JoyX 的 break

{

reverse = map (xValue, 10, 500, 20, 11); //將JoyX-down轉(zhuǎn)換為11-20

//Serial.print("B="); Serial.println(反向);

data.msg = 反向；寫入數(shù)據(jù)（）；延遲（50）；

}

else if (yValue>600 && yValue<1000) // 為右過濾 JoyY

{

right = map (yValue, 600, 1000, 21, 30); //將 JoyY-right 轉(zhuǎn)換為 21-30

//Serial.print("R="); Serial.println(右);

data.msg = 對(duì)；寫入數(shù)據(jù)（）；延遲（50）；

}

else if (yValue<450 && yValue > 10) // 過濾 JoyY 為 left

{

left = map (yValue, 10, 450, 40, 31); //將JoyY-left轉(zhuǎn)換為31-40

//Serial.print("

data.msg = 左；寫入數(shù)據(jù)（）；延遲（50）；

}

/* else

{

Serial.println("Rest");

數(shù)據(jù).msg = 0; 寫入數(shù)據(jù)（）；延遲（50）；

}

*/

}

void WriteData()

{

myRadio.stopListening(); //停止接收并開始發(fā)送

myRadio.openWritingPipe(0xF0F0F0F0AA); //在這個(gè) 40 位地址上發(fā)送數(shù)據(jù)

myRadio.write(&data, sizeof(data));

//Serial.print("\nSent:");

//Serial.println(data.msg);

延遲（50）；

}

void ReadData()

{

myRadio.openReadingPipe(1, 0xF0F0F0F066); // 讀取哪個(gè)管道，40 位地址

myRadio.startListening(); //停止傳輸并開始接收

if ( myRadio.available())

{

while (myRadio.available())

{

myRadio.read( &data, sizeof(data) );

}

Serial.print("\n收到:");

序列號(hào).println(data.msg);

}

}





無刷直流電機(jī)


/*CE - 7

MISO - 12

MOSI - 11

SCK - 13

CS - 8

最近用 nano 測(cè)試

*/

/*PIN DEFANITIONS*/

#define R_IR 3

#define L_IR 4

#define L_MR 5

#define R_MR 6

#define min_speed 200

#定義 max_speed 800

#include

#include "RF24.h"

RF24 myRadio (7, 8);

結(jié)構(gòu)包

{

int msg;

};

typedef struct package 封裝；

包裝資料；

字節(jié)地址[][6] = {"0"};

無效設(shè)置（）{

pinMode（R_IR，輸入）；

pinMode（L_IR，輸入）；

pinMode（L_MR，輸出）；

pinMode（R_MR，輸出）；

串行.開始（9600）；

myRadio.begin();

myRadio.setChannel(115); //115頻段以上WIFI信號(hào)

myRadio.setPALevel(RF24_PA_MIN); //MIN 功率低

范圍 myRadio.setDataRate( RF24_250KBPS ) ; //最低速度

}

int received;

無效循環(huán)（）{

讀取數(shù)據(jù)（）；

}

void Control_Car()

{

if (received>=1 && received <=10) // 向前移動(dòng)

{

int PWM_Value = map (received, 1, 10, min_speed, max_speed);

模擬寫入（R_MR，PWM_Value）；

模擬寫入（L_MR，PWM_Value）；

}

if (received>=11 && received <=20) // 中斷

{

int PWM_Value = map (收到, 11, 20, min_speed, max_speed);

類比寫入（R_MR，0）；

類比寫入（L_MR，0）；

}

if (received>=21 && received <=30) // 右轉(zhuǎn)

{

int PWM_Value = map (received, 21, 30, min_speed, max_speed);

模擬寫入（R_MR，PWM_Value）；

類比寫入（L_MR，0）；

}

if (received>=31 && received <=40) // 右轉(zhuǎn)

{

int PWM_Value = map (received, 31, 40, min_speed, max_speed);

類比寫入（R_MR，0）；

模擬寫入（L_MR，PWM_Value）；

}

}

void ReadData()

{

myRadio.openReadingPipe(1, 0xF0F0F0F0AA); //讀取哪個(gè)管道，40位地址

myRadio.startListening(); //停止傳輸并開始接收

if ( myRadio.available())

{

while (myRadio.available())

{

myRadio.read( &data, sizeof(data) );

}

Serial.print("\n收到:");

序列號(hào).println(data.msg);

收到 = data.msg;

控制車（）；

}

else //如果不是來自 RF 的數(shù)據(jù)

{

//analogWrite(R_MR,0);

//analogWrite(L_MR,0);

}

}

void WriteData()

{

myRadio.stopListening(); //停止接收并開始發(fā)送

myRadio.openWritingPipe(0xF0F0F0F066);//在這個(gè) 40 位地址上發(fā)送數(shù)據(jù)

myRadio.write(&data, sizeof(data));

Serial.print("\n已發(fā)送：");

序列號(hào).println(data.msg);

延遲（300）；

}