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无刷电调基础知识以及BLHeli固件烧录和参数调整

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基础知识

电调

  • ESC代表电子速度控制器,简称为电调。电调从飞行控制器接收油门信号,并以所需速度驱动无刷电机。
    无刷电调基础知识以及BLHeli固件烧录和参数调整

电调固件

  • 电调固件是在每个电调上运行的软件,它确定电调的性能,支持的协议以及可以使用的配置接口。电调可以使用的固件取决于硬件。
  • SimonK:最古老的两种开源电调固件之一,已经过时不再更新。
  • BLHeli:最古老的两种开源电调固件之一,由于其广泛的功能和友好的用户界面而变得流行。
  • BLHeli_S:BLHeli固件的第二代。专门为具有Busybee处理器的电调开发。
  • BLHeli_32:第三代和最新一代BLHeli固件。专门为32位电调编写,不再开源。

电调处理器

  • 市场上大多数电调使用ATMEL、Silabs和ARM的处理器。不同的处理器具有不同的规格和功能,并且受不同的固件支持。
  • ATMEL 8位:支持SimonK和BLHeli固件。
  • SILABS 8位:支持BLHeli或BLHeli_S固件。
    • 主要处理器是F330F39X系列的F390F396
    • Busybee处理器是F330和F39X的升级。有BusyBee1(EFM8BB10F8)和BusyBee2(EFM8BB21F16)两种。
  • ARM 32位:支持BLHeli_32固件。

电调协议

  • 电调协议是飞行控制器和电调用于通信的语言,决定了信号从飞控到电调的发送速度。
  • 四轴飞行器使用的电调协议及信号宽度
    • Standard PWM :1000us – 2000us
    • Oneshot125:125us – 250us
    • Oneshot 42:2us – 84us
    • Multishot:5us – 25us
    • Dshot
      • Dshot150 :106.8us
      • Dshot300 :53.4us
      • Dshot600 :26.7us
      • DShot1200:13.4us
    • ProShot
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电调BEC

  • BEC表示 电池消除电路,本质上是电压调整器。作用是将主电池组的电压降压到5V输出。
  • 通常内置在电调中,消除了为5V电子设备供电所需的单独电池的麻烦。

BLHeliSuite

手册

  • BLHeliSuite的手册位于BLHeliSuiteManuals目录
  • BLHeliSuite的手册主要文件内容:
    • BLHeli manual xx xx.pdf:Atmel MCU和SiLabs MCU的电调的参数
    • BLHeli programming adapters.pdf:适配器的制作和使用
    • BLHeli supported xx ESCs.pdf:支持的Atmel和SiLabs电调的图片及参数
    • BLHeliSuite 4w-if interfaces pinout.pdf:Arduino板上用于Atmel/SiLabs电调的BLHeliSuite的4w-if的引脚配置
    • BLHeliSuite 4w-if protocol.pdf:用于Atmel/SiLabs电调的BLHeliSuite的4w-if的通信协议
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适配器

首次刷新电调固件
  • SiLabs MCUs电调支持以下适配器
    • Arduinos:使用SILABS C2 (4way-if)接口。初次使用Arduinos作为适配器时需要对Arduinos进行编程烧录。
    • SiLabs Toolstick:使用SILABS C2 (Toolstick) 接口。
    • USB Flashing stick:使用SILABS C2 (Toolstick) 接口。
    • BLHeli Skywalker stick:使用SILABS C2 (Toolstick) 接口。
  • Atmel MCUs电调支持以下适配器
    • Arduinos:使用ATMEL ISP Interface (AVRDude) 接口。初次使用Arduinos作为适配器时需要对Arduinos进行编程烧录。
    • USBasp:使用ATMEL ISP Interface (AVRDude) 接口。
刷新电调引导程序
  • 刷新电调引导程序为BLHeli主要有USB/Com4way-if两种类型的接口。
  • Arduinos(4way-if):使用SILABS BLHeli Bootloader (4way-if)ATMEL BLHeli Bootloader (4way-if)接口。使用Arduinos作为适配器时需要对Arduinos进行编程烧录。
  • Arduinos(USB/UART 1-Wire bridge):使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com)接口。使用Arduinos作为适配器时需要对Arduinos进行编程烧录。
  • Favourite stick:使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com)接口。
  • FTDI stick:使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com)接口。
  • Multistar stick:使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com)接口。

背景说明

  • 适配器:Arduino Nano ATMEGA328P
  • 电调:主控芯片SIL F330,功率管AON6504,供电1-4S,电流20A-30A,无BEC
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操作说明

前期准备

  1. 下载Arduino Nano所用的USB转串口芯片CH340C的驱动程序CH341SER.ZIP,安装驱动。
  2. 下载BLHeliSuite,一般下载BLHeliSuite16714902.zip即可。
  3. 根据电调外观和信息,查阅手册BLHeli supported xx ESCs.pdf 以确定电调型号。或者根据电调PCB确定电调的主控芯片型号。
  4. 根据电调的主控芯片型号,查阅手册BLHeli programming adapters.pdf以确定需要用到的适配器和接口,以及适配器的制作方法。
  5. 根据所使用的适配器和所需操作使用的接口,查阅手册BLHeliSuite 4w-if interfaces pinout.pdf 以确定引脚连接。

制作适配器

  1. 连接适配器和电脑,打开BLHeliSuite。
  2. 点击Make interfaces标签页。
  3. 点击Port选择USB-SERIAL CH340 对应的端口,点击Arduino Board选择Nano w/ ATmega328开发板,点击Baud选择115200波特率,点击Arduino 4way-interface
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  4. 点击OK,选择最后一个文件后点击打开
  5. 点击Yes
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  6. 等待烧录Arduino,出现Arduino flashed sucsessfully by Avrdude表示已成功将Arduino Nano烧录为适配器。点击OK
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连接电调

  1. 连接适配器和电调(VCC GND C2D C2CK)。
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  2. 点击Select ATMEL/SILABS Interface选择SILABS C2 (4way-if)接口。
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  3. 点击SiLabs ESC Setup标签页。
  4. 点击Port选择USB-SERIAL CH340 对应的端口,点击connect,点击Read setup读出电调参数设置。
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  5. 出现setup read successfully表示已成功连接到电调并读取到电调的参数。点击OK

刷新固件

  1. 点击Flash BLHeli
  2. 在弹出的窗口中选择固件名称、固件类型(MAIN:直升机主桨;TAIL:直升机尾桨;MULTI:多桨)、固件版本,点击OK
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  3. 点击Yes
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  4. 等待烧录固件,出现sucsessfully表示已成功将电调固件烧录到电调。点击OK。在下一个弹出的窗口中点击Yes

调整参数

  1. 点击ESC Setup选择Save Setup to ini file 以备份电调当前的参数。
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  2. 修改电调参数。降低启动功率,降低电调输出的PWM频率,开启低转速功率保护。
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  3. 点击Write setup将参数写入电调。
  • 多轴编程参数表
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  • 电调参数说明,详见官方手册BLHeli manual xx xx.pdf

    英文参数中文参数参数说明
    Startup power启动功率启动时允许的最大功率,实际的功率取决于油门的输入。
    Motor timing电机进角通常设置中进角即适用于大部分电机,但如果电机运转不顺畅时,可以尝试改变进角。
    Demag compensation消磁补偿防止电机换向后消磁时间过长而引起的电机停转。补偿值越高,保护越好。但补偿值太高,会降低最大功率。
    Motor direction电机转向在双向模式下,油门中点为零点,中点以上为正转,中点以下为反转。
    Startup Beep Volume蜂鸣器音量设置正常运行下蜂鸣音量。
    Beacon/Signal Volume信标音量设置信标的音量。如果零油门信号的时间超过一个设定的时间,电调控制马达发出警报声。以便于找回丢失的飞行器。
    Beacon delay信标延迟设置信标开始发出之前的延时。
    PPM Min throttle;
    PPM max throttle;
    PPM center throttle
    最小油门;
    最大油门;
    中位油门
    设置电调的油门行程量。中位油门只用于双向模式。正常情况下, 油门信号值在1000us-2000us之间。 对于其他数值输入信号, 则需要做相应比例换算。
    Temperature protection温度保护温度保护阀值可以设置为80℃-140℃。
    Low RPM power protect低转速功率保护禁用可以保证低KV电机在低电压运行时实现全功率。但是禁用后会加剧同步丢失的风险,导致烧坏电机。
    Brake on stop停车制动在通电状态,零油门时会有刹车功能。如果油门没有零点,此项设置无效。
    Closed Loop Mode闭环模式设置控制环的运行速度范围。在闭环模式下,运行时的油门值对应电机的转速目标。关闭时将禁用控制环。
    Closed Loop P-Gain闭环比例增益设置转速控制环的比例增益。控制从速度误差到电机功率的增益。
    Closed Loop I-Gain闭环积分增益设置转速控制环的积分增益。控制从积分速度误差到电机功率的增益。
    Motor Gain电机增益缩放给定输入施加到电机的功率。仅适用于PWM输入,对PPM输入则无效。会限制电机的最大功率。
    PWM Output DitherPWM输出抖动增加电机PWM关闭周期的长度。减少在PWM频率等于电机换向频率的谐波的转速区域中的问题,并且可以减少达到全油门的步进。不适用于闭环模式。
    PWM Frequency/DampedPWM频率/阻尼设置电调输出的PWM频率。高PWM频率约为20kHz,低PWM频率约为8kHz,轻阻尼模式始终使用高pwm频率。低频率PWM减小了到满功率的步进。轻阻尼模式会增加电机的损耗,从而加快减速速度。
    Enable PWM Input启用PWM输入如果禁用,则仅接受1-2ms 脉宽的PPM和 OneShot125(125-250us)作为有效输入信号。启用后支持1kHz,2kHz,4kHz,8kHz和12kHz 的PWM输入信号。
    Input Polarity输入极性用于反转油门。与提供负PWM的接收器一起使用。使用PPM输入时,必须将其设置为正。

注意事项

  • 据说电调名称所写的FVT Littlebee 20A并不是真实型号,升级固件可能导致电调烧毁。
  • 电调在驱动电机运转前需要执行解锁序列以进行解锁
    1. 上电时, 电调发出3声蜂鸣声。
    2. 当检测到油门信号时, 发出一声低音。 表示解锁信号序列开始。
    3. 当油门减小到零时, 发出一声高音。 表示解锁信号序列结束。
      无刷电调基础知识以及BLHeli固件烧录和参数调整
  • SILABS电调接口标号为A、B、C、D,Atmel电调接口标号为1、2、3、4、5、X。通过接口所对应的标号,可以在Make interfaces界面方便快捷的得知需要制作的适配器。
  • 在使用Arduino Nano w/ ATmega328P作为适配器时。如果Arduino Nano使用的是旧版的引导程序,波特率设置为57600;如果Arduino Nano使用的是新版的引导程序,波特率设置为115200
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参考资料

  • FPV无人机ESC购买指南-Oscar Liang
  • ESC固件和协议概述-Oscar Liang
  • 直流无刷电机工作原理
  • 无刷电机和电子调速器(ESC)是如何工作的
  • PPM信号介绍
  • Arduino 开发板介绍及对比
  • 用arduino uno R3做Blheli编程适配器编程航模电调
  • BLHeli无刷电调固件烧写及调参(解决电机低速抖动及正反转)
  • BLHeli无刷电调 调参介绍 某宝八元电调
  • 懒人免焊接傻瓜包会从零开始给电调刷BLHELI固件
  • MTO1804无刷电机引发的悲惨经历之二:电调固件刷新与优化

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