Сборка прикормочного кораблика на радиоуправлении начиналась в рамках моего первого студенческого проекта на arduino. Я жил далеко от городской суеты, поэтому приходилось в основном использовать только те компоненты, которые были на руках. Задача была проста - создать кораблик, который сможет разносить корм для рыбы с полезной нагрузкой около двух килограмм. Что бы достичь своих целей я должен был решить список следующих задач:

• Сделать корпус и определить габариты.

• Сделать движители.

• Выбрать двигатель.

• Обеспечить радиоуправление.

• Обеспечить автономность питания.

• Сборка всего этого.

Следующим шагом разбил все это дело на электронную часть и на механическую. Механическая часть должна была решать передвижение кораблика по воде, а электронная должна была управлять двигателями и обеспечить связь блоком управления и пультом. По такой логике была нарисована простая структурная схема.

Механическая часть

Для изготовления корпуса скачал себе около десяти книг по судостроению и судомоделированию и начал их изучать. В итоге понял, что технически не смогу сделать те вещи, которые были написаны в этих книгах. Для изготовления шпангоутов нужен был ЧПУ фрезер или 3D принтер. Их, к сожалению, у меня не было. Руками все это делать из дерева - тоже нелегкая задача. В конце остановился на варианте с катамараном, так как в интернете нашел много аналогов. Решил все это сделать из подручных средств. Искал что-то обтекаемое, нетяжелое и нашел решение у себя в гараже. Да, это были канистры из-под масла и чемоданчик от набора инструментов. Поклеил их термоклеем, для надежности усилил деревом и фиксировал саморезом. Покрасил в разные цвета чтобы видно было издалека.

Далее были неудачные попытки расчета гидродинамических характеристик на FlowVision CFD. В итоге остановился на этапе 3D моделирования =)

Движитель выбрал основываясь на показателе КПД и самым лучшим в этом плане, конечно же, был подводный винт. Винт состоит из ступицы и радиально закреплённых к нему лопастей. Обычно используется 3-4 лопастные винты. Все размеры винтов были рассчитаны по книге "Юный моделист-кораблестроитель". Винт был изготовлен из стальной пластины, дейдвут из трубы пвх, а внутренность залита обычным солидолом.

С двигателем аналогичная ситуация. Бесколлекторных у меня не было, да и с Китая они шли очень долго. Нашел где-то и установил коллекторные 20-ваттные двигатели от печки ВАЗ МЭ 255.

Для движения механизма сброса корма использовал двухпроводной электропривод Starline SL-2 от замка машины.

Электронная часть

Перейдем к электронной части. Мозгом всего этого был выбран китайский Arduino Nano 3.0 на базе Atmega328P, так как его вычислительных мощностей хватало с запасов и прототипировать на нем тоже легко. Далее искал в интернете похожие проекты для разных задач и в youtube нашел интересный проект блока управления: часть кода и схем заимствовал оттуда и адаптировал под свои задачи. Радиомодуль использовал NRF24L01+PA+LNA. В открытой местности с ним удалось отправлять пакеты на 700м. Драйвером электродвигателя использовался L298N правда он сильно грелся из-за того, что не рассчитан на эти моторы(лучше брать с запасом), пришлось усилить их радиаторы радиаторами из старых телевизоров. Пульт управления работал на той же связке плюс 2 модуля KY-023.

Пульт управления

Основной блок

Последовательные диоды нужны были для понижения напряжения для полезной нагрузки R8, так как у меня не было подходящего стабилизатора в диапазоне меньше 14,8-5V, Q2 можно убрать если вам он не нужен. R8, R6, R9 это любая полезная нагрузка. Но нужно учитывать мощность транзисторов и напряжение стабилизатора. 

Код для основного блока (rx.ino)

#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с SPI
#include <nRF24L01.h> // Подключаем библиотеку для работы с радиомодулем nRF24L01
#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работы с радиомодулем nRF24L01

const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E1LL; // Указываем адрес конфигурации радиомодуля для обмена данными
RF24 radio(2, 9); // Инициализируем объект радиомодуля на пинах 2 и 9

int data[4]; // Создаем массив для хранения полученных данных
int reserve=0; // Инициализируем переменную для хранения резервной кнопки, использовать при необходимости
unsigned long motorOnTime; // Инициализируем переменную для хранения времени включения двигателя
byte count = 0; // Инициализируем переменную счетчик для механизма сброса

// В функции setup инициализируются различные пины как входы или выходы, устанавливается канал радио, скорость передачи данных и мощность.
void setup() {
  delay(50); // Небольшая задержка перед началом работы
  radio.begin(); // начало работы с радиомодулем
  radio.setChannel(9); // установка радиоканала
  radio.setDataRate(RF24_250KBPS);        // Установка минимальной скорости;
  radio.setPALevel(RF24_PA_HIGH);         // Установка максимальной мощности;
  radio.openReadingPipe(1,pipe);  // Открытие канала для чтения данных
  radio.startListening(); // Начало прослушивания канала
  pinMode(10, OUTPUT); // Установка пина 10 на вывод
  digitalWrite(10, LOW); // Установка пина 10 в низкий уровень
  pinMode(17, OUTPUT); // Установка пина 17 на вывод
  pinMode(18, OUTPUT); // Установка пина 18 на вывод
  pinMode(19, OUTPUT); // Установка пина 19 на вывод
  pinMode(16, OUTPUT); // Установка пина 16 на вывод
  digitalWrite(16, LOW); // Установка пина 16 в низкий уровень
}

void loop()  {
  if ( radio.available() ){ // Если доступны новые данные от радиомодуля
    bool done = false;
    while (!done){ // Читаем данные, пока все данные не будут прочитаны
      done = radio.read(data, sizeof(data)); // Считываем данные в массив data размером sizeof(data)
      // Проверка полученных данных от левого джойстика (data[0]), управление левым двигателем
      if(data[0]>450 && data[0]<598){ // Если значение элемента массива в заданном диапазоне
        analogWrite(5, 0); // Отключение левого двигателя
        analogWrite(6, 0); // Отключение левого двигателя
        digitalWrite(17,LOW); // Установка пина 17 в низкий уровень
        digitalWrite(10,LOW); // Установка пина 10 в низкий уровень
        digitalWrite(18,LOW); // Установка пина 18 в низкий уровень
        digitalWrite(19,LOW); // Установка пина 19 в низкий уровень
      }
      if(data[0]>598)
      {   
        analogWrite(5,255); // Включение левого двигателя
        analogWrite(6,255); // Включение левого двигателя
        digitalWrite(17,LOW); // Установка пина 17 в низкий уровень
        digitalWrite(10,HIGH); // Установка пина 10 в верхний уровень, направление движения вперед 
        digitalWrite(18,HIGH); // Установка пина 10 в верхний уровень, направление движения вперед
        digitalWrite(19,LOW); // Установка пина 19 в низкий уровень
      }
      if(data[0]< 450)
      {   
        analogWrite(5,255); // Включение левого двигателя
        analogWrite(6,255); // Включение левого двигателя
        digitalWrite(17,HIGH); // Установка пина 17 в верхний уровень, направление движения назад 
        digitalWrite(10,LOW); // Установка пина 10 в низкий уровень
        digitalWrite(18,LOW); // Установка пина 18 в низкий уровень
        digitalWrite(19,HIGH); // Установка пина 19 в верхний уровень, направление движения назад
      }  
      // Проверка полученных данных от правого джойстика (data[1]), управление правым двигателем
      if(data[1]>450 && data[1]<598){ // Если значение первого элемента массива в заданном диапазоне
        digitalWrite(3, LOW); // Отключение правого двигателя
        digitalWrite(8, LOW); // Отключение правого двигателя
        digitalWrite(4,LOW); // Установка пина 4 в низкий уровень
        digitalWrite(7,LOW); // Установка пина 7 в низкий уровень
        digitalWrite(14,LOW); // Установка пина 14 в низкий уровень
        digitalWrite(15,LOW); // Установка пина 15 в низкий уровень
      }
      if(data[1]>598)
      {   
        digitalWrite(3, HIGH); // Включение правого двигателя
        digitalWrite(8,HIGH); // Включение правого двигателя
        digitalWrite(4,LOW); // Установка пина 4 в низкий уровень
        digitalWrite(7,HIGH); // Установка пина 7 в верхний уровень, направление движения вперед 
        digitalWrite(14,HIGH); // Установка пина 14 в верхний уровень, направление движения вперед 
        digitalWrite(15,LOW); // Установка пина 15 в низкий уровень
      }
      if(data[1]< 450)
      {   
        digitalWrite(3,HIGH); // Включение правого двигателя
        digitalWrite(8,HIGH); // Включение правого двигателя
        digitalWrite(4,HIGH); // Установка пина 4 в верхний уровень, направление движения назад
        digitalWrite(7,LOW); // Установка пина 7 в низкий уровень
        digitalWrite(14,LOW); // Установка пина 14 в низкий уровень
        digitalWrite(15,HIGH); // Установка пина 15 в верхний уровень, направление движения назад
      }  
      // Проверка полученных данных от кнопки правого джойстика (data[2]), управление механизмом сброса
      if(data[2] == 1){ // Если равно 0
         if(count < 1){ // Счетчик меньше единицы
            digitalWrite(16, HIGH); // Замыкаем реле запускаем механизм сброса
            delay(500); Ждем 500 миллисекунд
            digitalWrite(16, LOW); // Отключаем
            count++; // Увеличиваем счетчик на единицу 
         }
      }
      else{
        if(count >= 1){ // Если счетчик равно или больше единицы
            digitalWrite(16, HIGH);  // Замыкаем реле запускаем механизм сброса
            delay(500); Ждем 500 миллисекунд
            digitalWrite(16, LOW); // Отключаем
            count--; // Уменьшаем счетчик на единицу 
         }
      }
      reserve = !data[3]; // Резервная кнопка правого джойстика для свободного пользования
    }
  }
}

Код для пульта управления (tx.ino)

#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с SPI
#include <nRF24L01.h> / Подключаем библиотеку для работы с радиомодулем nRF24L01
#include <RF24.h> / Подключаем библиотеку для работы с радиомодулем nRF24L01

const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E1LL; // Указываем адрес конфигурации радиомодуля для обмена данными
RF24 radio(9,10);// vмодуль на пинах 9 и 10 // Инициализируем объект радиомодуля на пинах 2 и 9

byte pinLeftJoystickX = 14; // Указываем номер пина, на который подключен левый джойстик X
byte pinRightJoystickX = 15; // Указываем номер пина, на который подключен правый джойстик X
byte pinLeftJoystickSwitch = 4; // Указываем номер пина, на который подключена кнопка левого джойстика
byte pinRightJoystickSwitch = 3; // Указываем номер пина, на который подключена кнопка правого джойстика

boolean leftJoystickSwitch = 0; // Объявляем переменную для хранения состояния кнопки левого джойстика
boolean rightJoystickSwitch = 0; // Объявляем переменную для хранения состояния кнопки правого джойстика

boolean leftJoystickSwitchState; // Объявляем переменную для хранения текущего состояния кнопки левого джойстика
boolean rightJoystickSwitchState; // Объявляем переменную для хранения текущего состояния кнопки правого джойстика

int transmitData[4]; // Массив, хранящий передаваемые данные
int latestData[4]; // Массив, хранящий последние переданные данные
boolean flag = 0; // Флаг, указывающий на необходимость отправки данных по радио
boolean leftJoystickSwitchFlag = 0; // Флаг, указывающий на изменение состояния кнопки левого джойстика
boolean rightJoystickSwitchFlag = 0; // Флаг, указывающий на изменение состояния кнопки правого джойстика

unsigned long lastPressLeftJoystickSwitch; // Переменная, хранящая время последнего нажатия кнопки левого джойстика
unsigned long lastPressRightJoystickSwitch; // Переменная, хранящая время последнего нажатия кнопки правого джойстика

void setup() {
  pinMode(pinLeftJoystickSwitch, INPUT_PULLUP); // Устанавливаем пин, на который подключена кнопка левого джойстика, в режим входа с подтяжкой к питанию
  pinMode(pinRightJoystickSwitch, INPUT_PULLUP); // Устанавливаем пин, на который подключена кнопка правого джойстика, в режим входа с подтяжкой к питанию
 
  radio.begin(); // Активировать модуль

  radio.openWritingPipe(pipe);   // Мы - труба 0, открываем канал для передачи данных
  radio.setChannel(9);  // Выбираем канал (в котором нет шумов!)

  radio.setPALevel (RF24_PA_MAX); // Уровень мощности передатчика. На выбор RF24_PA_MIN, RF24_PA_LOW, RF24_PA_HIGH, RF24_PA_MAX
  radio.setDataRate (RF24_250KBPS); // Скорость обмена. На выбор RF24_2MBPS, RF24_1MBPS, RF24_250KBPS
  // Должна быть одинакова на приёмнике и передатчике!
  // При самой низкой скорости имеем самую высокую чувствительность и дальность!!

  radio.powerUp(); // Начать работу
  radio.stopListening(); // Не слушаем радиоэфир, мы передатчик
}

void loop() {
  leftJoystickSwitchState = !digitalRead(pinLeftJoystickSwitch); // Считать состояние переключателя левого джойстика
  rightJoystickSwitchState = !digitalRead(pinRightJoystickSwitch); // Считать состояние переключателя правого джойстика

  if(leftJoystickSwitchState == 1 && leftJoystickSwitchFlag == 0 && millis() - lastPressLeftJoystickSwitch > 50){ // Если нажат переключатель левого джойстика и флаг еще не поднят, и прошло более 50 миллисекунд после последнего нажатия
    leftJoystickSwitchFlag = 1;  // Поднять флаг переключения левого джойстика
    leftJoystickSwitch = !leftJoystickSwitch; // Поменять состояние переключателя левого джойстика
    lastPressLeftJoystickSwitch = millis(); // Запомнить время последнего нажатия переключателя левого джойстика
  }
  if(leftJoystickSwitchState == 0 && leftJoystickSwitchFlag == 1){ // Если переключатель левого джойстика отпущен и флаг поднят
    leftJoystickSwitchFlag = 0; // Опустить флаг переключения левого джойстика
  }
  if(rightJoystickSwitchState == 1 && rightJoystickSwitchFlag == 0 && millis() - lastPressRightJoystickSwitch > 50){ // Если нажат переключатель правого джойстика и флаг еще не поднят, и прошло более 50 миллисекунд после последнего нажатия
    rightJoystickSwitchFlag = 1; // Поднять флаг переключения правого джойстика
    rightJoystickSwitch = !rightJoystickSwitch; // Поменять состояние переключателя правого джойстика
    lastPressRightJoystickSwitch = millis(); // Запомнить время последнего нажатия переключателя правого джойстика
  }
  if(rightJoystickSwitchState == 0 && rightJoystickSwitchFlag == 1){ // Если переключатель правого джойстика отпущен и флаг поднят
    rightJoystickSwitchFlag = 0; // Опустить флаг переключения правого джойстика
  }
  
  transmitData[0] = analogRead(pinLeftJoystickX); // Записать данные с левого джойстика в массив для передачи
  transmitData[1] = analogRead(pinRightJoystickX); // Записать данные с правого джойстика в массив для передачи
  transmitData[2] = leftJoystickSwitch; // Записать состояние переключателя левого джойстика в массив для передачи
  transmitData[3] = rightJoystickSwitch;  // Записать состояние переключателя правого джойстика

  for (int i = 0; i < 4; i++) { // В цикле от 0 до числа каналов
    if (transmitData[i] != latestData[i]) { // Если есть изменения в transmit_data
      flag = 1; // Поднять флаг отправки по радио
      latestData[i] = transmitData[i]; // Запомнить последнее изменение
    }
  }

  if (flag == 1) {
    radio.powerUp(); // Включить передатчик
    radio.write(&transmitData, sizeof(transmitData)); // Отправить по радио
    flag = 0; // Опустить флаг
    radio.powerDown(); // Выключить передатчик
  }
}

В заключении тесты показали, что кораблик развивает скорость 1м/c с нагрузкой в тихую погоду. Радиоуправление работает до 700м в открытой местности. Сильно перегреваются драйвера двигателей, их нужно заменить на более мощные. Периодически протекают деидвуды при заднем ходе. Лучше купить готовые решения. Не хватает оборотов у двигателей, нужны более оборотистые. Плюс нужен рефакторинг всего кода.