【花雕学编程】Arduino BLDC 之使用电调（ESC）控制BLDC电机速度_arduino电调使用

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

Arduino BLDC（无刷直流电机）是指使用Arduino平台来控制无刷直流电机（Brushless DC Motor）的一系列技术和应用。无刷直流电机是一种先进的电机技术，它利用电子换向来替代传统的碳刷和换向器，从而提供更高效、更可靠和更低维护成本的电机驱动解决方案。以下是对Arduino BLDC的全面详细科学解释：

1、主要特点：
无刷设计：BLDC电机没有碳刷和换向器，消除了电刷磨损和电磁干扰，提高了电机的寿命和效率。
电子换向：通过电子控制器实现换向，响应速度快，控制精度高。
高效率和高扭矩：BLDC电机具有高效率和高扭矩密度，适合需要快速响应和大扭矩的应用。
低维护：由于没有物理接触的电刷和换向器，维护需求低。
良好的控制性能：BLDC电机可以精确控制速度和位置，适合闭环控制系统。
Arduino平台兼容性：利用Arduino的灵活性和丰富的库支持，可以方便地实现对BLDC电机的控制。

2、应用场景：
机器人：在机器人技术中，BLDC电机用于精确控制机器人的关节和运动。
无人机：无人机（UAV）使用BLDC电机来实现稳定和高效的飞行。
电动车辆：电动汽车和电动自行车利用BLDC电机提供动力和扭矩。
工业自动化：在自动化设备中，BLDC电机用于精确控制机械臂和传送带。
家用电器：一些高性能家电，如洗衣机和空调，使用BLDC电机来提高能效和性能。
医疗设备：医疗设备中的电机驱动，如手术工具和诊断设备，也采用BLDC电机。

3、需要注意的事项：
控制算法：需要合适的控制算法，如FOC（Field Oriented Control），来实现BLDC电机的最佳性能。
驱动器选择：根据电机的电压和电流规格选择合适的驱动器。
编码器集成：为了实现精确的速度和位置控制，可能需要集成编码器。
软件工具：使用Arduino IDE或其他软件工具来编写和上传控制代码。
电源管理：确保电源供应稳定且符合电机的工作要求。
热管理：设计合适的散热方案，以防止电机和驱动器过热。
电磁兼容性：注意电磁兼容性设计，减少对其他设备的干扰。
安全考虑：设计时要考虑人员安全和设备安全的保护措施。

通过上述详细解释，我们可以看到Arduino BLDC电机控制系统是一种高效、灵活且应用广泛的技术解决方案。在设计和实施过程中，需要注意选择合适的控制算法、驱动器、编码器以及考虑电源管理、热管理和电磁兼容性等关键因素。

1、使用电调控制BLDC电机速度的主要特点:
电调(ESC)是一种专门用于控制BLDC电机速度和转向的电子控制装置。
电调通过对BLDC电机的三相驱动,能够实现电机转速的可变调节,从而达到电机速度控制的目的。
电调通常集成了电机驱动、速度控制、保护等功能于一体,可与Arduino等微控制器配合使用。
通过设置电调参数,如油门曲线、加速度等,可以灵活控制电机的启动、加速、减速等特性。

2、常见应用场景:
无人机、遥控飞机等航模领域,电调广泛用于控制电机转速,实现飞行器的姿态控制。
遥控车、遥控船等模型车船,需要电调来控制电机转速,实现车船的运动控制。
一些轻型电动车辆,如电动自行车、电动滑板车等,也常采用电调控制BLDC电机转速。
部分工业设备,如泵类、风机等,也可采用电调来实现对BLDC电机的可变速控制。

3、使用时需要注意的事项:
确保电调的电压、电流参数与所选BLDC电机完全匹配,以免造成损坏。
根据具体应用场景,合理设置电调的加速度、制动力度等参数,以获得最佳的动态特性。
注意电调的安装位置和散热设计,确保其在高负载工况下不会过热。
对于一些安全关键的应用,需要考虑加入急停、过温保护等安全机制。
电调与Arduino等控制板的接口需要妥善设计,以确保通信可靠、无干扰。

总的来说,电调为Arduino BLDC电机控制提供了一种功能强大、集成度高的解决方案,在航模、电动车等领域应用广泛。但使用时仍需要结合具体情况对系统参数进行设计和调试,确保安全可靠的运行。

以下是几个实际运用 Arduino BLDC 电调（ESC）控制 BLDC 电机速度的程序参考代码案例：

1、使用电调控制 BLDC 电机速度的程序：

#include <Servo.h>

Servo esc;

void setup() {
  esc.attach(9);  // 将电调信号线连接到数字引脚 9
  esc.writeMicroseconds(1000);  // 发送最小脉冲宽度，启动电机
  delay(3000);  // 等待电机启动
}

void loop() {
  esc.writeMicroseconds(1500);  // 发送中间脉冲宽度，保持电机速度
  delay(5000);  // 维持速度 5 秒

  esc.writeMicroseconds(2000);  // 发送最大脉冲宽度，增加电机速度
  delay(5000);  // 维持速度 5 秒
}
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要点解读：
此程序使用 Servo 库来控制电调（ESC）连接的 BLDC 电机。
在 setup() 函数中，将电调信号线连接到数字引脚 9，并发送最小脉冲宽度（1000 微秒）来启动电机。然后等待 3 秒，确保电机已启动。
在 loop() 函数中，通过调用 writeMicroseconds() 函数发送不同的脉冲宽度来控制电机的速度。
使用 1500 微秒的脉冲宽度保持电机速度稳定，然后延迟 5 秒。
使用 2000 微秒的脉冲宽度增加电机速度，然后再次延迟 5 秒。

2、使用输入信号控制电调控制 BLDC 电机速度的程序：

#include <Servo.h>

Servo esc;
int speed = 1500;

void setup() {
  esc.attach(9);  // 将电调信号线连接到数字引脚 9
  esc.writeMicroseconds(speed);  // 发送初始脉冲宽度
  delay(3000);  // 等待电机启动
}

void loop() {
  // 读取输入信号并映射到脉冲宽度范围
  speed = map(analogRead(A0), 0, 1023, 1000, 2000);
  esc.writeMicroseconds(speed);

  delay(100);
}
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要点解读：
此程序使用 Servo 库来控制电调（ESC）连接的 BLDC 电机。
在 setup() 函数中，将电调信号线连接到数字引脚 9，并发送初始脉冲宽度（由 speed 变量控制）来启动电机。然后等待 3 秒，确保电机已启动。
在 loop() 函数中，通过读取输入信号（例如从模拟输入引脚 A0 读取）并将其映射到脉冲宽度范围来控制电机的速度。
输入信号的范围是 0 到 1023，通过 map() 函数将其映射到脉冲宽度的范围（1000 到 2000 微秒）。
将映射后的脉冲宽度值通过 writeMicroseconds() 函数发送给电调，从而控制电机的速度。

3、使用串口通信控制电调控制 BLDC 电机速度的程序：

#include <Servo.h>

Servo esc;
int speed = 1500;

void setup() {
  esc.attach(9);  // 将电调信号线连接到数字引脚 9
  esc.writeMicroseconds(speed);  // 发送初始脉冲宽度
  delay(3000);  // 等待电机启动void loop() {
  if (Serial.available()) {
    speed = Serial.parseInt();
    esc.writeMicroseconds(speed);
  }
}
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要点解读：
此程序使用 Servo 库来控制电调（ESC）连接的 BLDC 电机。
在 setup() 函数中，将电调信号线连接到数字引脚 9，并发送初始脉冲宽度（由 speed 变量控制）来启动电机。然后等待 3 秒，确保电机已启动。
在 loop() 函数中，通过读取串口输入并将其作为脉冲宽度值传递给 writeMicroseconds() 函数来控制电机的速度。
通过串口发送脉冲宽度值，例如使用串口监视器或其他串口通信工具，将脉冲宽度值发送到 Arduino 板上。
这些示例程序演示了如何使用电调（ESC）控制 BLDC 电机的速度。第一个示例程序直接在代码中设置不同的脉冲宽度来控制电机的速度。第二个示例程序通过输入信号（例如模拟输入或其他传感器）来动态控制电机的速度。第三个示例程序使用串口通信来接收脉冲宽度值，并将其传递给 writeMicroseconds() 函数来控制电机。

需要注意的是，这些示例程序使用了 Servo 库，你需要先安装这个库才能成功编译和运行这些程序。在 Arduino IDE 中，可以通过 “Sketch -> 包含库 -> 管理库” 的方式搜索并安装这个库。

4、基本的电机速度控制

#include <Arduino.h>
#include <BLDC_ESC.h>

// 电调针脚定义
#define ESC_PIN 9

BLDC_ESC esc(ESC_PIN);

void setup() {
  esc.init();
}

void loop() {
  // 逐步增加电机转速
  for (int throttle = 0; throttle <= 100; throttle += 5) {
    esc.setThrottle(throttle);
    delay(200);
  }

  // 逐步降低电机转速
  for (int throttle = 100; throttle >= 0; throttle -= 5) {
    esc.setThrottle(throttle);
    delay(200);
  }
}
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要点解读:
使用BLDC_ESC类控制电调(ESC)的PWM输入引脚(ESC_PIN)
在setup()函数中初始化电机驱动器
在loop()函数中通过for循环实现电机转速的逐步增加和减少
使用esc.setThrottle()函数设置0-100%的油门值,控制电机速度
每次设置油门值后延时200ms,以便观察电机速度的变化

5、使用模拟输入控制电机速度

#include <Arduino.h>
#include <BLDC_ESC.h>

// 电调针脚定义
#define ESC_PIN 9
#define THROTTLE_PIN A0

BLDC_ESC esc(ESC_PIN);

void setup() {
  esc.init();
}

void loop() {
  // 读取模拟输入值
  int throttle = map(analogRead(THROTTLE_PIN), 0, 1023, 0, 100);

  // 设置电机转速
  esc.setThrottle(throttle);

  // 显示当前转速
  Serial.println(throttle);

  delay(50);
}
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要点解读:
与上一个例程类似,使用BLDC_ESC类控制电调
增加了一个模拟输入引脚(THROTTLE_PIN)用于读取油门值
在loop()函数中读取模拟输入值,并使用map()函数将其映射到0-100%的油门范围
将映射后的油门值传递给esc.setThrottle()函数,控制电机速度
通过Serial.println()函数输出当前的油门值,以便观察
每次循环延时50ms,以控制电机速度更新的频率

6、使用串口控制电机速度

#include <Arduino.h>
#include <BLDC_ESC.h>

// 电调针脚定义
#define ESC_PIN 9

BLDC_ESC esc(ESC_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  esc.init();
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    int throttle = Serial.parseInt();
    esc.setThrottle(throttle);
    Serial.print("Setting throttle to: ");
    Serial.println(throttle);
  }
}
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要点解读:
与前两个例程类似,使用BLDC_ESC类控制电调
在setup()函数中初始化串口通信,波特率为115200
在loop()函数中检查是否有串口数据可用
如果有数据可用,使用Serial.parseInt()函数读取一个整数值作为油门值
将读取的油门值传递给esc.setThrottle()函数,控制电机速度
通过Serial.print()和Serial.println()函数输出当前设置的油门值,以便观察
这几个程序展示了在使用电调(ESC)控制Arduino BLDC无刷电机速度时的常见应用。这些方法能够有效地设置电机的转速,并提供不同的输入方式,如直接设置油门值、使用模拟输入或通过串口控制。

注意，以上案例只是为了拓展思路，仅供参考。它们可能有错误、不适用或者无法编译。您的硬件平台、使用场景和Arduino版本可能影响使用方法的选择。实际编程时，您要根据自己的硬件配置、使用场景和具体需求进行调整，并多次实际测试。您还要正确连接硬件，了解所用传感器和设备的规范和特性。涉及硬件操作的代码，您要在使用前确认引脚和电平等参数的正确性和安全性。