发一个DIY遥控器（自制霍尔摇杆、跳频、双向数传）

Pulsar

在说遥控器之前，我先讲讲做这个东西的由来故事吧。
我玩航模是从2015年开始的。2015年夏天我在海边看到有人飞塞斯纳，感到极为震撼，简单询问后牢牢记住了那家飞机的模样，回来立刻上淘宝搜索。
虽然航模以前没摸过，但是塞斯纳这样的名机还是知道的。很快，我就得到了那架小飞机的型号：蓝宇747-1。经过多家比价，我最终选了福建一家店家下了单。当时因为相关知识为零，我选择了到手飞套装，除了一套飞机，还有中特威30A电调、新西达2212/kv1400、辉盛9g舵机、8060桨等一大堆入门级零件。遥控器配的是富斯的T6B。
富斯T6B长啥样呢？我给上张图，省的大家去找了。

虽然现在打眼一看就知道是那种不能再低端的入门控，可在当时我还是觉得这东西是非常好用的。尤其是我发现还能通过这个控能玩模拟器，顿时就觉得非常厉害，爱不释手。
我自认为动手能力还是过得去，当时在第一次摸航模飞机时就直接动刀改了电池仓，把一块3S2200装到蓝宇747-1这种小飞机里去了。如果有朋友飞过这款飞机就会知道，这款飞机的内仓容纳3S2200是极为勉强的，起飞重量也会变得较大。不过这些在狂热的爱好面前都不是事。
首飞是在海边，上午10点钟迎着4级以上的海风就起飞了。我的全部经验就是在模拟器上飞了3个小时，这种水平飞机一上天我就慌了，手直发抖，腿肚子都哆嗦。不敢大舵量操纵，不敢小油门飞行。经历两次无法辨认姿态，最终飞机竟然奇迹般飞回来并降落了。一看表，才5分钟，我以为过了半小时。
首飞成功了，自然要二飞。二飞是在一周之后，二飞飞了5分钟，浑身还是紧张的直哆嗦，二飞也成功降落了。
上网一看，首飞多数都是要炸鸡的，我顿时觉得自己天赋异禀，我第一次第二次连续飞都这么成功，真是太佩服自己了。不行，我得尽快再次出去飞下一次。
这期间我发现了一个好东西，飞控。其实现在看，应该是个增稳陀螺仪，号称可以一键吊机。我对比了几个牌子，买了个号称能吊机的，回来赶紧装在塞斯纳上。我感觉以后我的飞机就要垂直起飞，垂直降落了，不禁十分得意，大半夜出去在路灯地下练习吊机。塞斯纳这种上单翼的飞机，舵面又如此的小，我的飞机又如此的重，怎么可能吊的起来呢？我当时哪懂这些，油门几乎顶满，飞机垂直撒手，飞控稳了几下没稳住，飞机就朝旁边的树飞过去了，最后小炸收场。也罢，吊机也没什么意思，增稳能做好了也是很关键的，毕竟我这是固定翼。
又隔了一两个周，找了个周末下午奔海边我就去了。起飞、盘旋、一圈、两圈，不行，我紧张了，我要降落。找了片沙滩准备降落，飞机都平稳接地了，我还保持着30%多油门，眼看飞机就要进大海，果断拉起复飞。
再来一圈。
忽然想起飞控还没试，切到增稳模式，飞机开始自动回平，回平之后与水平面还是有一定残余角度，不过也还算不错了。既然有飞控帮忙，那就再来一圈。飞机渐渐飞远，忽然我就看见飞机一个猛子往下就扎下去了。这是什么情况？？赶紧猛拉升降舵，飞机一个旱地拔葱又起来了，几乎垂直朝上飞，我赶压了压升降舵，飞机又一个猛子扎下去，然后消失在我的视野里了。周围有几个围观的SB见状大笑，至今我也不知他们喜从何来？坠机点不是在海上，而是在陆地上。我向着大概的方向去搜索了一下午，无果。
我记得论坛上有人说，玩模型的最高境界就是提控回家，我想，我这才第三次飞就已经达到最高境界了嘛？当时这件事对我的打击不小，新飞机飞了三次，加上飞了一次的新飞控就这么全没了，我差点退了魔。
过后分析原因，我觉得是飞控疯了造成的，因为之前两次都没有这东西，飞的好好的，为什么一装飞控就不行了呢。
又过了两个周，我又找出来遥控器，连上线玩模拟器。忽然我发现模拟器还有个3D的模式，可以选择fpv视角。这一定很爽。赶紧选择3D+fpv，我发现我的飞机上下一直在抖。因为我是第一次进入这个模式，还以为是飞机在模拟高速气流冲击下的颤抖。后来发现，并不是这样，这不是模拟的飞行效果，而是我的摇杆升降舵有问题。我是做电子的，自然知道这是电位器接触不良。刹那间我明白了，我的飞机之所以坠机，就是升降舵电位器太劣质。
其实，在买控之前我也研究过摇杆。虽然航模上我是新手，但电子元件方面我也算是个老手了。我一直对摇杆的电位器寿命和可靠性存有顾虑，我曾经问过卖控的人，也上网查过帖子，有相当一部分人鼓吹电位器寿命是没有问题的，说能达到一万次，还有人说能达到十万次。我当时想，如果我定期自己更换电位器，那么用电位器应该也没什么问题吧。结果，我最终还是倒在了这个电位器上。
我拆开控，想记录电位器的型号自行更换，结果发现这些电位器都是特制的，根本买不到。普通市面上的电位器都是270度的，控上的是60度的。淘宝上有些电位器是90度，自然也不能满足要求。我找到了淘宝卖家、通过淘宝卖家又联系到了富斯的代理商、最终通过他们联系到了富斯厂家，要了4个全新的60度电位器。回来自行更换后控恢复正常，玩了几天模拟器，又有一个电位器开始抖动。
如果是在模拟器的地面视角，根本发现不了这个问题，只有在3d+fpv时才很明显。我顿时感到很绝望，富斯家的电位器就这个样了，绝无可靠性可言。我去电子市场买了4个270度的电位器，回来换到控上。因为270度的电位器输出电压范围是原来的22%，我在后级加了一只LM324对信号进行了放大，使得270度的电位器一样可以用在这里。电子市场买的这个电位器要靠谱得多，一年多没再出过问题，这期间我自制过一架纸飞机、组装过一架冲浪者，都是用这个控飞的，并没出现什么大问题。
虽然如此，电位器的触点寿命问题始终是我一个心病。想要解决这个问题，必须使用非接触式角度测量代替接触式的角度测量。很明显，只有光或者磁。光栅编码器显然是太庞大了，直接pass。淘宝上能搜到的基于磁的霍尔传感器尺寸明显不符合我的要求，根本不可能装在摇杆上。
经过一番搜索，最终选定了几款基于霍尔的旋转编码器。接下来的事就是想办法把这个编码器和磁铁装到摇杆上。
对于DIY而不是商业行为，这个设计和制作过程是很麻烦的。结构、成本、最终的效果都需要进行考虑。期间的过程不一一细说，最终我做出了4只霍尔角度传感器，且其机械尺寸恰能替换原电位器。
上张控内部的图，大家看一下电位器吧。

摇杆仍是用的富斯T6B的塑料机械骨架，黄铜部分就是霍尔角度传感器。
解决了摇杆问题，可靠性一下子提升了不止一个数量级。非接触式测量，其寿命几乎是无限的。除非哪天摇杆的机械骨架坏掉，否则这两个摇杆再也不可能出问题了。
至此我就有一个改装的办法，那就是做一个非常小的电路板，其作用是读取4个角度信号并转化为电压值，将电压送到相应的通道，利用原来的发射机进行发射。原来的发射机是感觉不到电位器被替换掉了的。
其实对于一个控，影响其可靠性的环节很多，无线收发环节也相当重要。我想知道富斯的T6B是怎样收发的，其射频部分是否可靠？显然，这是Mission Impossible，商业机密的东西我怎么可能得到呢？上网大概查了下，富斯好像是用了跳频技术，但是频点并不是很多。futaba好像是跳频（以下称FHSS）和直扩（以下称DSSS）相结合的，但也只有16个频点。天地飞不清楚，可能是DSSS，华科尔应该就是DSSS。以上说的未必全部正确，请读者指正。
其实对于FHSS和DSSS，应该说对于航模应用的环境，FHSS是有毫无争议的优势的。首先，FHSS具有更强的抗干扰性。航模遥控器的通信特点是允许丢包，明确这一点非常重要。普通的无线通信，比如wifi和蓝牙，是不允许丢包的，一旦发生了丢包，就必须要重传。而航模的控制数据具有实时性，一个或几个包丢了并不重要，只要后面的包能正确收到，就能继续完成控制。其次，FHSS的发送功率全部集中在一个频点上，这与DSSS将功率分散到几个频点上相比，传输距离应该是更远的。关于这一点可能会有争议，因为DSSS本身的扩频也会产生额外的接收增益，间接提高传输距离。不过我仍倾向于单个频点高功率发送这种形式。
在确定了FHSS的方案之后，接下来就是频点数量、跳频速度、如何同步、建立连接速度等等一系列问题。我用的RF模块是泽耀科技出的nRF24L01+模块，基于这个模块跳频的文章不少，但没有一个原因透露细节的。无奈之下，我自己生憋了3天，写出了现在用的这套跳频算法。代码长度并不长，收发双方各40行左右。这区区40行的编写和测试用了我整整一个月，最终的结果应该说是相当稳定可靠。
跳频部分相关参数如下：跳频范围：2400-2500MHz；跳频速度200Hz；跳频表长50；相邻频道间隔不低于30；每一跳完成一次收发，主机发出指令，从机上报数据；无固定对码频道。
无固定对码频道这一点需要说明一下。之前我看的跳频相关的文章中提到的跳频同步均会有一个或几个固定的频道用于握手，建立连接之后再开始跳频。一旦跳频跟踪失败，双方重新回到握手频道重新握手，成功后重复跳频动作。我考虑的是，如果恰好被干扰的是握手频道，那么握手动作如何完成呢？实际上这种考虑有点多余，因为2.4G的干扰一般不会持续太久。即便如此，我也打算避免这一可能性，因此我的设计中，没有固定的握手频道，全部50个频道都可以用于同步。跳频搞定以后去海边地面拉距测试，500米内信号强度80%以上，20%强度时达到1400米，未进行更多测试。nRF24L01并不提供RSSI信号，我使用数据包接收的正确率来表示信号强度。
那么在这种模式下，同步的速度是不是会比较慢呢？经过我大量的测试，同步时间一般在0.25-0.5秒，基本是一开控就能立即连上，这个连接速度应该说是足够应付航模遥控的了。
霍尔摇杆和跳频通信都解决了，下一个比较麻烦的地方就是改造这个控的外壳。富斯T6B的外壳实在是比较简陋，经过我一番努力，它变成了这个样子。

把中间的部分抠掉，增加一块液晶屏。下面的按钮全部抠掉，重新制作了一块亚克力挡板取代原来的丑陋面板。按钮选的是欧姆龙的大微动开关，比常见的几分钱的小微动开关可靠性不知高到哪里去了。上面新增两个钮子电位器，4个三段开关。
最上方增加4个点动按钮，见下图。

这4个按钮是干嘛用的呢？嘿嘿，是专门用来给烟弹点火用的。之前给烟弹点火，每个烟弹都需要占用1个通道。既然现在软硬件都是自己搞，那么就直接给分配4个专用的点火开关，这样就不占用正常的PWM通道了。
遥控器背面就一个PPM信号口，依然可以接模拟器什么的。

再来张开盖合影。

原来的富斯T6B是用的8节5号电池，然后用7805降压到5V使用，简直愚蠢之极。
我现在把电池仓进行了改造，用了6块1700mAh的锂电并联，总电量过一万mAh，充一次电得一晚上，连续使用24小时都不成问题。电量充足，这也是可靠性的保证。
新的遥控器主板上设置了充电电路，通过USB给充电器可以方便的充电。充电时主屏幕会显示充电信息。

此外就是震动电机和蜂鸣器等报警设备，不一一细说。
看完遥控器再看看接收机。

接收机共有10个PWM输出通道和4个点火通道，另外还有电压和电流测量借口，这里的测量数据会实时显示在遥控器上。这其实是第二版接收机。第一版的接收机做的更复杂，除了这些功能以外，还带有一个5V/3A的开关稳压电源，一套电机转速测量电路，任意接一根电机线就能测出电机的转速，一个MPU6050模块，当时想把飞控功能都集成上。后来发现摊子铺的实在是太大，于是又做了第二版，仅保留了基本功能，测量部分也仅留下了电压和电流。电流传感器用的是霍尔平衡式电流传感器，比起那些主流飞控用的微欧级电阻或者说霍尔电流传感器不知高到哪里去了
剩下的细节就是一些软件功能上的了。由于我只玩固定翼，不玩四轴，因此菜单编写也是按照固定翼的要求来的。上几张图简单看看。

工作界面，显示所有开关和摇杆的状态，遥控器电池电量，接收机的接收信号强度、发射机的接收信号强度，接收机测量的电压、电流和功率

设置界面，基本的设定都在。用英文界面也是迫不得已，因为中文实在是不如英文显示的信息量大。

摇杆曲线。其他的就不一一截图了，界面比较丑，这完全是因为个人的审美局限性所致。
最后上一张合影，结束这个帖子。

Pulsar

88012884 发表于 2017-5-29 08:17
强烈要求发教程加精

这个控其实除了用了富斯一个外壳，剩下的全部更换了个遍。成本也不低，我这一套下来花费不低于1500元。当然，现在已经确定了方案的前提下，硬件成本不会那么高了。PCB，集成电路之类的其实好弄，麻烦之处其实是在霍尔摇杆的制做上，需要用到CNC加工，对多数模友来说也很麻烦。
我想一个模友如果愿意支付一千多元搞个控，他一定会选个知名的商品控，比如futaba，如果非得要霍尔摇杆，那么frsky也是个比较不错的选择。
总之，成本是这个diy的硬伤，开源很有可能开不起来。

zxy826

0.25-0.5秒的同步时间太长了点，我DIY的控同步时间在0.1秒以内，不过我是32个跳频频点，我觉得50个频点太多了。

UG577

学习学习{:1_1:}

hzm19640731

不是一般的强大！

大大鸡

相当牛逼啊 相当牛逼啊

亡心

无线模块需要调试吗

jerrytxi

生命在于折腾我

LoLoLo

好赞，我也好想和你一样。你是学什么专业的？

那谁

楼主可否分享下lm324放大摇杆信号的电路图？最近自制个萝丽控，用的大疆拆机摇杆，也是摇杆电位器行程不够倒置舵量打不满，刚好手头有两个旧板子有两个lm324

sxlfr

Pulsar 发表于 2019-3-12 14:20
欢迎加入Pulsar交流群，群聊号码：146961346

求教，怎么做霍尔角度传感器？

Pulsar

为什么不能选择“遥控器”分类，选“遥控器”发不了帖子，只能选电池分类才能发出来。还是选个创意DIY吧，遥控器分类还是选不了

318lxy

6666大神，好多看不懂，学习了

川师鲤鱼

为你顶起来

Pulsar

川师鲤鱼 发表于 2017-5-29 01:35
为你顶起来

不睡觉的吗

ezk

相当牛逼啊 相当牛逼啊

凌丶霄

6666666

wys0301mm

相当牛逼啊 相当牛逼啊

老晋

牛！

福斯的让你改成这样子，福斯也算是很欣慰了。

sddyngy

牛逼的不要不要的

Soar

自己写的这代码让我感觉很厉害，50跳频，颠覆了商品控。固件应该比萝丽控还稳定吧。服了

菜鸟中的

大神，请收下膝盖

带着梦想起飞

神控了

大爱猩猩

不是一般的强大，大神啊！

zhangyiyun2014

相当牛逼相当牛逼啊

钻石镐

楼主好手艺

88012884

强烈要求发教程加精

小贤

我去，厉害啊

幼崽

真的大神啊，厉害

wsqzdz

楼主我们强烈建议出教程