无刷电调基础知识以及BLHeli固件烧录和参数调整

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标题: 无刷电调基础知识以及BLHeli固件烧录和参数调整
作者: 梦幻之心星    sky-seeker@qq.com
标签: [#基础知识,#电调,#BLHeli,#固件,#烧录,#调参]
目录: [电调]
日期: 2021-02-01

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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。
  
  

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F330和F39X系列的F390和F396。
  • 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
    
    

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BLHeliSuite的Manuals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
    
    

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/Com和4way-if两种类型的接口。
• Arduinos(4way-if)：使用SILABS BLHeli Bootloader (4way-if)或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)或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)或ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com) 接口。
• FTDI stick：使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)或ATMEL BLHeli Bootloader (USB/Com) 接口。
• Multistar stick：使用SILABS BLHeli Bootloader (USB/Com)或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
  
  

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。
   
   
4. 点击OK，选择最后一个文件后点击打开。
5. 点击Yes。
   
   
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。
   
   

连接电调

1. 连接适配器和电调（VCC GND C2D C2CK）。
   
   
2. 点击Select ATMEL/SILABS Interface选择SILABS C2 (4way-if)接口。
   
   
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。
   
   
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。
   
   
3. 点击Yes。
   
   
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。
   
   
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。
   
   
3. 点击Write setup将参数写入电调。

• 多轴编程参数表
  
  

• 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 Dither	PWM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/Damped	PWM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。
     
     
• 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。
  
  

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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