用于電動(dòng)推動(dòng)10英尺皮劃艇的控制臺(tái)

頂板：2 ? 英寸 x 5 ? 英寸寬

前面板： 6 英寸（根據(jù)需要修剪以確保良好貼合）x 5 ? 英寸寬

底部前面板：1 ? x 5 ? 英寸寬

后面板：6 ? 英寸 x 5 ? 英寸寬

底板：5 ? x 5 ? 英寸寬

前面板安裝的角度是指前面板和頂部的90度直角必須分成4個(gè)方向。大致角度如下：頂面板和前面板之間的角度約為 55 度（每個(gè)面板的邊緣為 28 度）。底板和前面板之間的角度約為 35 度（每個(gè)面板的邊緣為 17 度）

前面板和組件的位置

?

上面顯示了前面板的草圖。它顯示了組件和控件的建議位置。3 個(gè)前面板的邊緣視圖也顯示了上面討論的角度。控制箱組件包括：一個(gè) 20 安培的電流表，在頂部面板下方安裝了一個(gè)分流器，以及一個(gè) 30 伏的電壓表。提供6個(gè)前進(jìn)速度和3個(gè)后退速度的速度控制開(kāi)關(guān)和帶指示燈的開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)也安裝在這個(gè)面板上。（這些儀表可在亞馬遜購(gòu)買(mǎi)，總價(jià)約為 20 美元）。

兩塊電路板（Cytron 和 Uno）盡可能向前地安裝在儀表下方的底板上。Uno 最靠近 USB 電纜的 1 英寸檢修孔所在的左側(cè)

5.控制箱接線

控制箱的接線用兩張圖表示。第一張圖是電源接線圖，即從電池組到 Cytron 驅(qū)動(dòng)板再到電機(jī)的接線圖。第二張圖（電子線路）顯示了控件如何連接到 Arduino Uno 微處理器和 Cytron 驅(qū)動(dòng)程序。正如接線圖所示，這兩個(gè)非?；厩乙子趯?shí)現(xiàn)。

功率圖

電動(dòng)皮劃艇電源接線圖

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從電池組的 + 端子開(kāi)始，接線圖顯示了到該端子的 3 個(gè)連接：a) 400 歐姆，? 瓦電阻，b) 電流表分流器和 c) 電壓表的 + 端子。a) 電阻連接在插入 Arduino Uno 的屏蔽板上進(jìn)行。其目的是為 Uno 提供電力。這模擬了 9 伏電池的使用。該電阻器用于將 18 伏電池電壓降低到 12 伏以下，以符合 Uno 規(guī)范。它被焊接到 9 伏電池連接器的 + 上。

b) 連接到與電流表一起提供的分流裝置的一側(cè)。分流器只是一個(gè)校準(zhǔn)電阻器，它與電流表的機(jī)制相匹配（實(shí)際上是一個(gè) 75 毫伏電壓表）。另一個(gè)分流連接到 Cytron 驅(qū)動(dòng)器的 +。Cytron 驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有防止不正確的極性連接，因此觀察電源的極性很重要。請(qǐng)注意，電機(jī)沒(méi)有極性標(biāo)記。原因是當(dāng)電線反向時(shí)，電機(jī)只是以相反的方向運(yùn)行。兩根電線（22 號(hào)）從分流器連接到電流表。

c) 連接從電池 + 到電壓表的 +。另一根 22 號(hào)線從電池的負(fù)極連接到電壓表的負(fù)極。我們之前提到過(guò)，22 號(hào)線可以與藍(lán)色端子中的 14 號(hào)線一起壓接。在最后三個(gè)連接中，一個(gè)從電池連接到 Cytron，最后兩個(gè)從 Cytron 板連接到拖釣船電機(jī)。

這些說(shuō)明適用于兩種拖釣船馬達(dá)：

卸下固定蓋子的 6 顆螺釘。請(qǐng)注意，有 4 根電線沿著軸連接到電機(jī)：2 根大線，紅色 (+) 和黑色（它們連接到電機(jī)端子）和 2 根較小的線，白色和黃色（它們連接到電阻器）。使用 PWM 控制時(shí)不需要黑色速度控制開(kāi)關(guān)和電阻器，將按如下方式繞過(guò) - 將紅線和黑線剪離控制開(kāi)關(guān)約 2 英寸。使用對(duì)接連接器將大約 18 英寸的電線（電池線可用于此目的）添加到電機(jī)的紅線和黑線。您需要足夠的電線才能到達(dá)迷你橫梁上的端子。白線和黃線可以保持原樣連接。使用 4 個(gè)對(duì)接連接器，2 個(gè)用于電機(jī)線，2 個(gè)用于電池線，可以將接線恢復(fù)到其原始配置。

電子圖

電動(dòng)皮劃艇的電子圖

?

我們?cè)谏蠄D中提到了“盾牌”這個(gè)詞。許多 Arduino 計(jì)算機(jī)（例如 Uno）可以容納一個(gè)屏蔽，該屏蔽插入帶有預(yù)置電路的處理器板，用于特殊目的，例如連接到 Internet。也可以購(gòu)買(mǎi)原型屏蔽（3 美元）來(lái)實(shí)現(xiàn)定制電路。它看起來(lái)像一個(gè)帶有幾個(gè)連接器的裸面包板，通常是一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)。我們使用這些原型屏蔽之一來(lái)方便地安裝我們需要的電阻器。

控制箱中的電子連接顯示了速度控制器、5 伏開(kāi)關(guān)、Uno 屏蔽和 Cytron 驅(qū)動(dòng)器之間的互連。

速度控制器是一個(gè) 12 位旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。中心位置為“關(guān)”。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)撥盤(pán)，一次選擇一個(gè)速度 F1 到 F6。F1 是最慢的前進(jìn)速度，F(xiàn)6 是全速前進(jìn)。When a speed is selected the 5 volts from the center position is connected to the selected pin. 當(dāng)表盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，一次選擇一個(gè)反向速度 R1 到 R3。如果旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)有擋塊，請(qǐng)小心選擇“關(guān)閉”位置，以確保擋塊不會(huì)干擾 6 個(gè)正向或 3 個(gè)反向速度的順序。

如果您能找到一小段顏色編碼的 9 芯 #26（或接近該尺寸）絞合線，那就太好了。如果不是，則制作三根 3 線電纜，分別標(biāo)識(shí)每一端 如圖所示，引腳 F1、F2 和 F3 連接到端口 4*、5* 和 6*。引腳 F4、F5 和 F6 連接到端口 7*、8* 和 9*。反向引腳 R1、R2 和 R3 連接到端口 10*、11* 和 12*。

星號(hào)表示 10、000 ohm、1/4 瓦電阻連接到 11 個(gè)端口中的每一個(gè)。這種接地是必要的，這樣 Uno 端口就不會(huì)“浮動(dòng)”，這是一種既不是 1 也不是 0 的不穩(wěn)定狀態(tài)。所有的屏蔽都不一樣，但我碰巧買(mǎi)的那個(gè)有一個(gè)接地條（和一個(gè)+5 條）可以焊接 11 個(gè)電阻的一端。我小心地從屏蔽連接器上滑下塑料外殼，露出內(nèi)部引腳，然后小心地將電阻器的一端焊接到它上面。然后我還將速度控制器的電線焊接到電阻器上。

Cytron 驅(qū)動(dòng)器與端口 3*、13* 和 Gnd 之間的連接需要另一條 3 線電纜。#23 和#26 之間的任何絞合線都可以使用。對(duì)于使用螺釘連接器的 Cytron 板上的連接，請(qǐng)將電線鍍錫，以便在擰緊螺釘時(shí)不會(huì)散開(kāi)。

電子接線的最后一點(diǎn)是與開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)和 LED 指示燈的 5 伏連接。上面使用的相同絞合線適用于這些連接。+5v 從 Uno 屏蔽層連接到開(kāi)關(guān)的一側(cè)，開(kāi)關(guān)的另一側(cè)連接到速度控制器的公共端和 500 歐姆 LED 限流電阻。電阻的另一端連接到 LED 的 + 側(cè)（必須觀察 LED 的極性）。LED 的另一條腿連接到 Gnd。

控制箱的電源接線和電子接線到此結(jié)束

6. 軟件 - Arduino Sketch

選擇 Arduino Uno 來(lái)控制 Cytron 驅(qū)動(dòng)程序是因?yàn)樗w積小但功能強(qiáng)大，足以執(zhí)行所需的任務(wù)。主要要求是為 6 個(gè)正向和 3 個(gè)反向速度提供足夠的端口或通道。它還必須能夠生成 PWM 信號(hào)以將 18 伏電池組電壓降低到 12 伏。

能夠完成這項(xiàng)工作的程序（在 Arduino 演講中稱為“草圖”）編寫(xiě)在 PC 上，并通過(guò) PC 的 USB 連接器上傳到 Uno 板。在上傳草圖之前，它會(huì)通過(guò)內(nèi)置編譯器進(jìn)行驗(yàn)證和編譯。“電動(dòng)皮劃艇”草圖是為您編寫(xiě)的，因此只需在您的 PC 上鍵入幾頁(yè)代碼即可。

要將 Arduino 草圖從您的 PC 寫(xiě)入并上傳到 Uno，您必須首先將 Arduino IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）綜合軟件程序加載到您的 PC 中。在它的眾多功能中，一個(gè)草圖庫(kù)、一個(gè)用于輸入新草圖的編輯器（類似于 Open Office 的編輯器）、一個(gè)還可以驗(yàn)證草圖的編譯器以及將草圖上傳到諸如 UNO 之類的計(jì)算機(jī)板所需的軟件。要下載最新版本的 IDE，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) Arduino.com 站點(diǎn)。IDE 是一個(gè)完全免費(fèi)的“開(kāi)源”程序。

您需要按照安裝說(shuō)明選擇 USB 驅(qū)動(dòng)程序。您還必須提供板的名稱 (Uno) 和端口的 COM 號(hào)（通常為 3）。當(dāng)您到達(dá)這一點(diǎn)時(shí)，從 Arduino 庫(kù)（文件/示例/基礎(chǔ)/閃爍）中選擇一個(gè)草圖，例如“閃爍”，并確保您可以上傳并運(yùn)行它。

您現(xiàn)在可以復(fù)制草圖“電動(dòng)皮劃艇”并將其上傳到 Uno，Uno 將使用 Cytron 驅(qū)動(dòng)程序來(lái)操作拖釣船馬達(dá)。一旦將草圖加載到 Uno 中，就可以反復(fù)使用它。斷開(kāi) Uno 板的電源不會(huì)影響存儲(chǔ)的程序。

素描“電動(dòng)皮劃艇”

如果這是您第一次使用 USB 電纜為 Uno 板供電，您將立即看到板上的 LED 閃爍。這告訴您，板子出廠時(shí)已經(jīng)加載了一個(gè)草圖。閃爍的 LED 是傳統(tǒng)的“Hello World”符號(hào)，用于介紹新程序。

通過(guò)將草圖“Blink”上傳到板上來(lái)測(cè)試上述安裝。此時(shí)一個(gè)很好的簡(jiǎn)短練習(xí)是將延遲（在“閃爍”中）從 1000（1 秒）修改為 200（1/5 秒）。上傳修改后的“閃爍”后，您會(huì)看到一個(gè)非常快速閃爍的 LED。本練習(xí)展示了更改草圖中的參數(shù)是多么容易。

接下來(lái)的工作是將下面顯示的草圖復(fù)制到 Arduino IDE 的程序列表中。程序如下。

打開(kāi) IDE

在“新建”下，您將找到以下基本草圖，它顯示了草圖的兩個(gè)基本部分：“設(shè)置”（僅運(yùn)行一次）和反復(fù)運(yùn)行的“循環(huán)”。當(dāng)草圖中有數(shù)字（整數(shù)）時(shí)，需要在設(shè)置部分之前定義它們。

在草圖“電動(dòng)皮劃艇”中，我們將有與端口對(duì)應(yīng)的數(shù)字（整數(shù)）。它們的定義如下例所示：“int KAYAK_PWM= 3;”。這意味著端口 3 將產(chǎn)生 PWM 輸出。

在設(shè)置部分，我們還將顯示端口是用作輸入端口還是輸出端口。例如：“pinMode(3, OUTPUT);”

在循環(huán)部分，示例顯示我們將根據(jù)選擇的速度和旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)：“analogWrite(KAYAK_PMW, 100*val);”

一個(gè)基本的骨架草圖如下所示：

無(wú)效設(shè)置（）{

// 把你的設(shè)置代碼放在這里，運(yùn)行一次：

}

無(wú)效循環(huán)（）{

// 把你的主要代碼放在這里，重復(fù)運(yùn)行：

}

請(qǐng)注意標(biāo)點(diǎn)、大寫(xiě)字母、空格、下劃線和括號(hào)都必須符合 C++ 規(guī)則。編譯器將拾取任何錯(cuò)誤，并且進(jìn)度將停止，直到錯(cuò)誤得到糾正。很容易出現(xiàn)標(biāo)點(diǎn)錯(cuò)誤或省略標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。小心輸入草圖！盡可能使用“復(fù)制”和“粘貼”編輯功能來(lái)復(fù)制通過(guò)編譯測(cè)試的代碼。

電動(dòng)皮劃艇草圖如下。雙斜杠 (//) 告訴編譯器忽略該行上的其余解釋性信息。（如果您需要對(duì)編譯器發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行故障排除，它也會(huì)派上用場(chǎng)）。

// 把你的設(shè)置代碼放在這里，運(yùn)行一次：

int KAYAK_PWM = 3;

詮釋 KAYAK_F1 = 4;

詮釋 KAYAK_F2 = 5;

詮釋 KAYAK_F3 = 6;

詮釋 KAYAK_F4 = 7;

詮釋 KAYAK_F5 = 8;

詮釋 KAYAK_F6 = 9;

詮釋 KAYAK_R1 = 10;

詮釋 KAYAK_R2 = 11;

詮釋 KAYAK_R3 = 12;

詮釋 KAYAK_DIR = 13;

整數(shù)值 = 0；

無(wú)效設(shè)置（）

{

pinMode（3，輸出）；

pinMode（4，輸入）；

pinMode（5，輸入）；

pinMode（6，輸入）；

pinMode（7，輸入）；

pinMode（8，輸入）；

pinMode（9，輸入）；

pinMode（10，輸入）；

pinMode（11，輸入）；

pinMode（12，輸入）；

pinMode（13，輸出）；

}

無(wú)效循環(huán)（）{

// 把你的主要代碼放在這里，重復(fù)運(yùn)行：

val=digitalRead(KAYAK_F1);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，60*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_F2);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，80*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_F3);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，100*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_F4);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，120*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_F5);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，140*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_F6);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，val）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，160*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_R1);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，60*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_R2);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，80*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

val=digitalRead(KAYAK_R3);

如果（val == 1）{

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

模擬寫(xiě)入（KAYAK_PWM，120*val）；

延遲（1000）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_DIR，低）；

數(shù)字寫(xiě)入（KAYAK_PWM，低）；}

//延遲（2000）；

}

在輸入草圖并檢查它是否編譯后，使用“另存為”（在“文件”下）以您選擇的文件名保存它。要檢索草圖，最簡(jiǎn)單的方法是使用位于所有草圖頂部的向上箭頭。

“電動(dòng)皮劃艇”代碼的操作。

設(shè)置代碼顯示我們有 2 個(gè)輸出端口（端口 3 和 13）。端口 3 為 PWM 端口，用于輸出 PWM 信號(hào)給 Cytron 驅(qū)動(dòng)器。端口 13 用于向 Cytron 驅(qū)動(dòng)器輸出電機(jī)方向信號(hào)。六速正向運(yùn)行，三速反向運(yùn)行電機(jī)。端口 4 到 9 是正向速度，而端口 10、11 和 12 是反向速度。“val”的二進(jìn)制值是一或零。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度控制開(kāi)關(guān)選擇特定的速度程序時(shí)，它變?yōu)?1。

循環(huán)部分由 9 個(gè)類似的速度例程組成，用于 6 個(gè)前進(jìn)速度和 3 個(gè)倒退速度。根據(jù)速度控制開(kāi)關(guān)的設(shè)置，每個(gè)速度都有自己的 PWM 編號(hào)和旋轉(zhuǎn)方向。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)位置（從中心/關(guān)閉位置）時(shí)，電機(jī)將以最慢的速度（PWM 編號(hào) 60）在正向 (F1) 上運(yùn)行。下一個(gè)順時(shí)針位置將導(dǎo)致第二個(gè)例程變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。它將在前進(jìn)方向?qū)⑺俣仍黾拥?PWM 80。接下來(lái)的 4 個(gè)位置將在前進(jìn)方向上產(chǎn)生相同的效果。最后一個(gè)開(kāi)關(guān)位置以 PWM 為 160 的最大速度運(yùn)行電機(jī)。要激活 3 個(gè)反向程序，開(kāi)關(guān)返回到中心/關(guān)閉并逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。每一步都會(huì)以與正向增加速度相同的方式反向增加速度。反向例程是例程 7、8 和 9。

查看每個(gè)例程中的 7 行代碼，我們首先確定哪個(gè)例程處于活動(dòng)狀態(tài)（如果有）。第一個(gè)速度程序是速度 F1（前進(jìn) 1）。第一行代碼決定了“val”的值。它可以是 1 或 0，如果選擇了它的開(kāi)關(guān)位置，它只會(huì)是 1。中心/關(guān)閉將返回 0，任何其他速度也將返回 0，因?yàn)槿魏螘r(shí)候只能選擇一種速度。

如果 val 為 0，我們將繼續(xù)下一個(gè)速度例程。但是如果它是一個(gè)，意味著速度開(kāi)關(guān)在這個(gè)觸點(diǎn)上有一個(gè) +5 伏，我們將激活打開(kāi)大括號(hào)（“{”）之后的接下來(lái)的 5 行代碼，直到我們到達(dá)一個(gè)閉合大括號(hào)（“} ”）。

這些代碼的第一行是“digitalWrite(KAYAK_DIR, val). 這意味著我們將使用 +5 伏激活端口 13，以使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。

第二行代碼是“analogWrite(KAYAK_PWM, 60* val). 這意味著我們將使用一個(gè)信號(hào)激活端口 3（一個(gè) PWM 端口），該信號(hào)會(huì)導(dǎo)致 Cytron 驅(qū)動(dòng)程序生成一個(gè)持續(xù)時(shí)間為 60/255 的脈沖。

第三行只是意味著我們?cè)谶@些操作條件下暫停 1 秒鐘。

第四行代碼“digitalWrite(KAYAK_DIR, LOW)”關(guān)閉端口 13，第五行代碼“digitalWrite(KAYAK_PWM, LOW)”關(guān)閉端口 3。

我們現(xiàn)在轉(zhuǎn)到循環(huán)中的下一個(gè)速度例程。最可能的情況是速度開(kāi)關(guān)沒(méi)有移動(dòng)，因此，在檢查了其他 8 個(gè)可能的速度之后，我們?cè)诘谝粋€(gè)速度例程中再次發(fā)現(xiàn) val = 1。這種情況將再次導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行一秒鐘，然后再檢查開(kāi)關(guān)位置是否發(fā)生變化。這可能會(huì)持續(xù)幾個(gè)小時(shí)。電機(jī)中沒(méi)有明顯的功率損耗，因?yàn)?Uno 速度如此之快，以至于繞循環(huán)一次（檢查其他 8 個(gè)速度例程）所需的時(shí)間不到 50 微秒，時(shí)間間隔太短以至于電機(jī)無(wú)法注意到。

最終，速度將被改變或速度開(kāi)關(guān)將返回到中心/關(guān)閉位置。在這種情況下，val 在任何速度程序中都不會(huì)為“1”，并且電機(jī)將關(guān)閉。此時(shí)，可以關(guān)閉電子設(shè)備的電源，并且可以從控制箱中取出電池組。

軟件部分總結(jié)

在這個(gè)非常有趣的部分中，我們看到了大腦（Uno 計(jì)算機(jī)）如何使用 Cytron 驅(qū)動(dòng)程序控制電池組肌肉，以正向和反向以各種速度運(yùn)行拖釣電機(jī)。Electric Kayak 草圖是控制大腦運(yùn)作的程序。我們首先設(shè)置所需的 11 個(gè)輸入和輸出端口。然后，使用 9 個(gè)類似的“速度程序”，我們以速度控制開(kāi)關(guān)選擇的速度為拖釣船馬達(dá)通電。同時(shí)，電池組電壓從 18 伏降至 12 伏，以匹配拖釣船馬達(dá)的工作電壓。

7. 安裝組件

我們已經(jīng)看到，電動(dòng)皮劃艇是一款 10 英尺長(zhǎng)的皮劃艇，有 3 個(gè)主要附加功能：一個(gè)安裝電動(dòng)拖釣電機(jī)的微型橫梁、一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和一個(gè)控制箱，該控制箱可以在兩個(gè)方向上以不同的速度運(yùn)行電機(jī)和房屋電池組。在本節(jié)中，我們將用照片描述這些添加物，并展示它們是如何安裝在皮劃艇上的。

控制箱

下圖顯示了一個(gè)帶有電流表、電壓表和速度控制器的控制箱。在右側(cè)，可以插入 Ryobi 4 或 6 安培小時(shí)電池組。在左側(cè)提供了一個(gè) 1 英寸的孔，以便可以將 USB 電纜從 PC 連接到控制箱。在盒子的后蓋上有 2 個(gè)端子，用于連接電機(jī)的兩條導(dǎo)線。

吊艙上的控制箱和轉(zhuǎn)向手柄的圖像

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控制箱安裝在一個(gè) 3 英寸高的吊艙上，以避免它被我們通常在皮劃艇底部發(fā)現(xiàn)的水弄濕。吊艙底部的輪廓類似于皮劃艇的底部。它用兩個(gè) 1/4 英寸平頭不銹鋼螺釘擰到座椅前部前方約 12 英寸的底部，1? 英寸長(zhǎng)。控制箱通過(guò) 3/16 英寸黃銅（或不銹鋼）螺釘 1? 長(zhǎng)和 32 螺紋連接到吊艙。

我用膠合在一起的 2 塊 2 x 4 制作了豆莢。它的尺寸約為 3 x 3 英寸。3/16 英寸螺釘穿過(guò)吊艙頂部 1.5 英寸的一半。它們凹陷 3/4 英寸，因此它們突出 3/4 英寸。它們與位于 Cytron 板附近的控制箱中的孔相匹配，向前不要太遠(yuǎn)，以便在卸下后蓋時(shí)可以用套筒扳手?jǐn)Q緊鎖緊螺母。

轉(zhuǎn)向機(jī)制

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)只是皮劃艇中間附近樞軸上的手臂。連接到手臂底部的是一根繩索，繞著船的兩側(cè)，從電動(dòng)機(jī)的控制臂伸出約 2 英尺。用轉(zhuǎn)向手柄拉動(dòng)控制臂，進(jìn)而拉動(dòng)電機(jī)控制臂的右側(cè)。它使船向右舷（右）方向轉(zhuǎn)動(dòng)。下面是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的圖片。轉(zhuǎn)向控制臂顯示在第 2 節(jié)中的電機(jī)圖片中。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的構(gòu)造很簡(jiǎn)單。1/4 英寸厚的手臂由兩個(gè) 1/8 厚的鋁條制成，大約 1? 英寸寬（與手柄直徑相同）。兩個(gè) 1/8 英寸的部分分別長(zhǎng) 9 英寸和 10 英寸。它們用 4 個(gè)平頭、不銹鋼、#8、? 英寸長(zhǎng)的螺絲和鎖緊螺母用螺栓固定在一起，這樣桿的頂部彼此齊平。

樞軸孔是一個(gè) 3/8 英寸的孔，從最長(zhǎng)桿的底部鉆出 5.5 英寸。它可容納一個(gè) 3/8 英寸的螺栓，該螺栓在 ? 英寸的距離內(nèi)沒(méi)有螺紋（以提供光滑的旋轉(zhuǎn)表面）。然后螺栓的螺紋部分將與鎖緊螺母的末端齊平。

連接到轉(zhuǎn)向線末端的樞軸臂

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樞軸的另一半將機(jī)制錨定到船的一側(cè)。它由一根 1.5 英寸寬、1/4 英寸厚的鋁條（或兩個(gè) 1/8 英寸厚的條）組成。它（用 2 個(gè)合適的螺釘）連接到一個(gè)同樣長(zhǎng) 5 英寸、寬約 3 英寸、厚 2 英寸的木塊上。塊的背面必須與船側(cè)面的輪廓相匹配，并且其厚度必須允許樞軸臂穿過(guò)皮劃艇頂部的狹槽，如控制箱照片所示，并且手柄（上）。帶式砂光機(jī)可以很好地完成這種輪廓工作。

然后用兩個(gè) 3 英寸長(zhǎng)的 ? 英寸不銹鋼螺釘和鎖緊螺母將轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和異形墊片連接到船上。這些螺栓穿過(guò)墊片和 ? 英寸樞軸桿，如上圖所示的樞軸臂。

唯一剩下的轉(zhuǎn)向部分是連接到轉(zhuǎn)向臂的手柄。與墊片一樣，它由經(jīng)過(guò)壓力處理的 2 x 4 透明截面制成。截面為八角形，直徑約為 1 1/4 英寸。首先切割 7 英寸長(zhǎng)的 2 x 4 塊，然后將其制成 1? 英寸見(jiàn)方。然后，通過(guò)調(diào)整臺(tái)鋸上的柵欄和刀片的角度，很容易制作出具有專業(yè)外觀的八角形。在手柄的一端切出一個(gè) 1/4 英寸的槽，用于安裝轉(zhuǎn)向臂。用兩個(gè) 1 1/2 英寸 #6 螺釘和鎖緊螺母將臂鎖定到位。

迷你橫梁

將電動(dòng)機(jī)安裝在皮劃艇上需要等效的橫梁。有足夠的空間容納 7 到 10 英寸寬的定制迷你橫梁（取決于皮劃艇的寬度），以容納至少需要 6 英寸寬的電機(jī)夾。橫梁的良好高度為 3 ? 至 4 英寸，良好的厚度為 2 1/2 英寸。可以按照以下方式從我們的壓力處理的 2 x 4 組裝一塊這種尺寸的木頭。2 層 2 x 4 和一層 1 x 4 粘合在一起以獲得必要的高度。然后修剪塊的末端以匹配皮劃艇側(cè)面的線條。在臺(tái)鋸上切割 2 ? 英寸的厚度。然后，塊的底部的輪廓與皮劃艇的頂部相匹配，如下圖所示。

帶電機(jī)電源端子的迷你橫梁

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為了將橫梁連接到船，我使用了 ? 英寸不銹鋼螺紋桿，它通過(guò)將船內(nèi)部的電機(jī)動(dòng)力帶到橫梁表面來(lái)實(shí)現(xiàn)雙重功能。在左舷，我們有兩個(gè)螺紋桿，而在右舷，我們只有一個(gè)。注意帶電的拉桿盡量遠(yuǎn)離電機(jī)的安裝支架，以免電池線與電機(jī)的連接擰緊時(shí)造成短路。

8. 水測(cè)試結(jié)果

水中測(cè)試

使用兩艘皮劃艇和兩臺(tái)電機(jī)，我們有四種配置來(lái)比較四組不同的性能結(jié)果。要收集的最重要信息是每個(gè)配置的效率。它將由給定功率（以瓦特為單位）產(chǎn)生的運(yùn)行時(shí)間量決定。同樣重要的是在每個(gè)速度設(shè)置下達(dá)到的最大速度。

下面的四個(gè)圖表顯示了這些信息。對(duì)于每種配置的六個(gè)前進(jìn)速度設(shè)置中的每一個(gè)，都會(huì)測(cè)量以下數(shù)據(jù)：電池電壓和電流（相乘時(shí)確定以瓦特為單位的功率）和速度。通過(guò)單獨(dú)的測(cè)試（桶水測(cè)試）確定每個(gè)速度設(shè)置的運(yùn)行時(shí)間。四種配置如下：

A. 帶有 Minn-Kota (MK) 拖釣馬達(dá)的靜坐式（紅色）皮劃艇

B. 帶有 Newport Vessels (NV) 拖釣馬達(dá)的靜坐式皮劃艇

C. 帶 Minn-Kota 馬達(dá)的坐式（珊瑚）皮劃艇

D. 使用 Newport Vessels 電機(jī)的坐式皮劃艇

電壓和電流讀數(shù)取自控制臺(tái)上的儀表。計(jì)算以瓦特為單位的功率。速度是使用我 iPhone 上的衛(wèi)星應(yīng)用程序“MPH”獲得的。當(dāng)它在船上休息時(shí)，它工作得很好。我使用了杯架，它比試圖拿著手機(jī)好得多。

配置 A 的測(cè)試結(jié)果（帶 MK 的紅色皮劃艇）

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配置 B 的測(cè)試結(jié)果（帶 NV 的 Red Kayak）

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配置 C（帶 MK 的珊瑚皮劃艇）的測(cè)試結(jié)果

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配置 D（帶 NV 的 Coral Kayak）的測(cè)試結(jié)果

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運(yùn)行時(shí)間通過(guò)使用下面描述的桶水測(cè)試結(jié)果來(lái)確定。

桶裝水測(cè)試

確定運(yùn)行時(shí)間，即一個(gè)充滿電的 4AH 或 6AH 電池，電機(jī)可以連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間，是一項(xiàng)耗時(shí)的任務(wù)。每臺(tái)電機(jī)必須以 6 種不同的速度設(shè)置運(yùn)行總計(jì)近 7 小時(shí)，在此期間，水面上的天氣條件可能會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)在裝滿水的桶中在更受控的條件下運(yùn)行電機(jī)可以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。槍管中有更多的湍流，但只要電池的消耗量與馬達(dá)為船提供動(dòng)力時(shí)的消耗量大致相同，結(jié)果就有效。運(yùn)行時(shí)間數(shù)字是從桶測(cè)試中獲得的。下面的曲線和兩個(gè)圖表顯示了每個(gè)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。

請(qǐng)注意，位置 1a 已添加到桶測(cè)試的 6 個(gè)前沿位置。添加它是為了產(chǎn)生更低的速度和更少的電池消耗，當(dāng)電機(jī)用于在開(kāi)闊水域推動(dòng)船時(shí)，這與位置 1 更兼容。測(cè)試表明，在相同速度位置下，在開(kāi)闊水域中，電池消耗比在桶的湍流水中要少得多。為了運(yùn)行位置 1a 的桶測(cè)試，我們簡(jiǎn)單地將位置 1 的 PWM 數(shù)量從 60 減少到 55。

桶測(cè)試結(jié)果

下面兩個(gè)圖表顯示了每個(gè)電機(jī)在 7 個(gè)前進(jìn)位置（包括位置 1a）的運(yùn)行時(shí)間。該數(shù)據(jù)繪制在下圖所示的曲線上，用于確定水測(cè)試結(jié)果中每個(gè)位置的運(yùn)行時(shí)間。這些測(cè)試使用額定為 4 AH 的電池。如果使用 6 AH 電池，結(jié)果將增加 50%，即位置 1a 的運(yùn)行時(shí)間為 3 小時(shí)。請(qǐng)注意，使用任一電機(jī)的電池具有相同的特性。

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Minn-Kota 拖釣船馬達(dá)

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紐波特船舶拖釣船

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平均速度與運(yùn)行時(shí)間

現(xiàn)在我們已經(jīng)將運(yùn)行時(shí)間與船速（確定范圍）相關(guān)聯(lián)，我們可以對(duì)四種配置的值進(jìn)行平均，并顯示下面的結(jié)果圖表。對(duì)于每個(gè)速度設(shè)置，我們都有完全充電的 4 AH 電池產(chǎn)生的平均船速和平均運(yùn)行時(shí)間。

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總結(jié)和結(jié)論。

使用一個(gè)小型鋰離子 4 AH 電池組以 1.7 MPH 的拖釣速度為 10 英尺船供電兩小時(shí)或以 3.5 MPH 的船體速度為近半小時(shí)供電是一項(xiàng)了不起的壯舉。我是船操作員，體重 185 磅，所以如果操作員較輕，結(jié)果會(huì)更好。皮劃艇槳手的平均速度為 2.8 MPH。

獲得出色的低速結(jié)果的主要原因是我們使用了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。與電阻器相比，它通過(guò)將多余的功率轉(zhuǎn)化為熱量來(lái)浪費(fèi)能量，從而有效地降低了速度。PWM 技術(shù)的一個(gè)好處是該軟件同時(shí)將 18 伏電池組電壓轉(zhuǎn)換為拖釣電機(jī)所需的 12 伏電壓。

為了實(shí)現(xiàn) PWM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，我們構(gòu)建了兩個(gè)用于插入電池組的控制臺(tái)。控制臺(tái)中的另外兩個(gè)電子元件是 Arduino Uno，它在一個(gè)非常簡(jiǎn)單的軟件草圖的控制下產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，以及一個(gè) 20 安培的 Cytron 驅(qū)動(dòng)器，用于運(yùn)行機(jī)器人電機(jī)。Cytron 只需要 3 根來(lái)自 Arduino Uno 的信號(hào)線。由于它們的簡(jiǎn)單性，兩個(gè)控制臺(tái)在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和測(cè)試過(guò)程中都能完美運(yùn)行。

Ryobi 電池組也可以完美運(yùn)行。我以 100 美元的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)了兩個(gè) 4 AH 單位。6 AH 單元也很容易買(mǎi)到，但每個(gè)單元的價(jià)格超過(guò) 100 美元。請(qǐng)務(wù)必購(gòu)買(mǎi)正品 Ryobi 產(chǎn)品。市場(chǎng)上有許多不符合所聲稱的 AH 規(guī)格的“仿制品”。一位產(chǎn)品評(píng)論員指出，這些仿冒品的重量遠(yuǎn)低于正品。

與鉛酸電池不同，鋰離子電池更小更輕，在從 2 安培到 12 安培的所有放電速率下都滿足 4 AH 額定值。內(nèi)置指示燈可用于監(jiān)控電池的充電水平。充電器同樣工作良好。您可以在大約兩個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿電。

這種設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)了電力推進(jìn)的快速設(shè)置。只需將兩根電線連接到電機(jī)上。電機(jī)通過(guò)兩個(gè)大蝶形螺母連接到迷你橫梁上。通過(guò)向前傾斜電機(jī)，無(wú)需進(jìn)一步調(diào)整，轉(zhuǎn)向電纜即可輕松卡在轉(zhuǎn)向桿上。

桶水測(cè)試提供了一種可重復(fù)的方法來(lái)構(gòu)建確定六種速度設(shè)置的運(yùn)行時(shí)間所需的曲線。整個(gè)電池充電的連續(xù)運(yùn)行預(yù)示著電子設(shè)備的可靠性，尤其是 Cytron 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的可靠性，該模塊在檢查時(shí)從未超過(guò)溫暖。

水測(cè)試表明，6 個(gè)位置的速度正確響應(yīng)為每個(gè)位置選擇的 PWM 編號(hào)。位置 3 的平均速度為 2.6 MPH，接近槳手的平均速度 2.8 MPH。在這個(gè)速度下，產(chǎn)生約 1/8 馬力的 4 AH 電池組將驅(qū)動(dòng) 10 英尺的皮劃艇行駛 57 分鐘，距離約 2.5 英里。

水測(cè)試還表明，傳統(tǒng)的坐式皮劃艇排水型船體比坐式皮劃艇的扁平船體快一點(diǎn)。紅色（坐式）皮劃艇的吃水線長(zhǎng)度為 9 英尺，船體速度為 3 x 1.34，等于 4 節(jié)或 4.6 MPH。使用大約 200 瓦功率（大約 1/4 馬力）的任一電機(jī)，我們都接近達(dá)到這個(gè)速度

有什么可以改進(jìn)的？如果我再做一次，我會(huì)更多地考慮讓控制臺(tái)防水。在水測(cè)試期間我沒(méi)有遇到水問(wèn)題，但我可以看到這可能是一個(gè)長(zhǎng)期的問(wèn)題。另一個(gè)可以改進(jìn)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域是轉(zhuǎn)向。應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行修改，以便能夠進(jìn)行更急轉(zhuǎn)彎。可能縱橫交錯(cuò)的電纜會(huì)有所幫助。

9. 運(yùn)輸和啟動(dòng)皮劃艇

運(yùn)輸皮劃艇

在水上度過(guò)一天的部分樂(lè)趣在于能夠處理讓船準(zhǔn)備好下水的瑣事。很少有人在他們的后院有一個(gè)碼頭，讓他們可以隨時(shí)跳上船。順便說(shuō)一句，即使是那些船也很少使用。下一個(gè)最好的事情是在離家很短的車(chē)程內(nèi)的碼頭或水上某處的停泊處有一艘船。對(duì)于我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，所涉費(fèi)用的現(xiàn)實(shí)迫使我們用拖車(chē)或?qū)⒋\(yùn)到海灘或汽車(chē)或卡車(chē)的發(fā)射區(qū)。

對(duì)我來(lái)說(shuō)行不通的是將一艘帆船拖到下水點(diǎn)，然后花很長(zhǎng)時(shí)間讓船準(zhǔn)備好下水。我見(jiàn)過(guò)人們到達(dá)發(fā)射區(qū)，即使有兩個(gè)人在做這項(xiàng)工作，也要花一個(gè)小時(shí)踩桅桿、調(diào)整支柱、展開(kāi)和連接帆、安裝舷外機(jī)和發(fā)射船。然后，他們?nèi)匀恍枰业揭粋€(gè)停靠區(qū)和一個(gè)停放汽車(chē)和拖車(chē)的地方。

我也試過(guò)充氣路線。即使使用最好的泵，手動(dòng)或電動(dòng)，也需要付出很多努力才能讓船準(zhǔn)備好，當(dāng)你完成后，你最終可能會(huì)得到一艘不那么適合航?；蛄钊擞淇斓拇?。

因此，在嘗試了許多劃船選擇之后，我很高興選擇一艘我可以自己處理并在幾分鐘內(nèi)準(zhǔn)備好下水的皮劃艇。上面討論的 10 英尺皮劃艇僅重 40 磅，它們很容易裝載在汽車(chē)或卡車(chē)中或放在屋頂上。我曾經(jīng)以這種方式攜帶獨(dú)木舟和鋁制船，但我從來(lái)沒(méi)有在高速公路上駕駛過(guò)我的屋頂上有大東西的舒適。另一種方法是將船放在 SUV 的后部（離地面只有 30 英寸），并讓后艙口部分打開(kāi)。但這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：內(nèi)部變臟，打開(kāi)的艙口在高速行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的風(fēng)和噪音。污垢問(wèn)題只能通過(guò)讓皮劃艇干燥半小時(shí)并用毛巾刷好或擦去沙子來(lái)緩解。

但是用擋板可以大大降低噪音。然后將噪音水平降低到更像是打開(kāi)后窗而不是打開(kāi)艙口。下圖顯示了我為降噪和防風(fēng)以及將皮劃艇保持在適當(dāng)位置而建造的擋板。擋板由 2 x 4 英尺的 3/8 膠合板制成。為了提高汽車(chē)和擋板之間的密封性，頂部 8 英寸部分由 2 英寸厚的泡沫制成，可適應(yīng)后窗的輪廓。家得寶以大約 5 美元的價(jià)格出售 22 X 22 英寸的 2 英寸正方形泡沫。在我的車(chē)?yán)?，擋板可以用兩個(gè)小桶螺栓閂鎖（4 美元）連接，這些閂鎖滑入通常用于架子的現(xiàn)有孔中。

擋板的繪圖

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兩塊大約 8 x 21 英寸的泡沫以下列方式連接到面板上。用電刀或電動(dòng)曲線鋸在泡沫中間切出一個(gè) 1.5 深的槽，以便泡沫可以滑過(guò)膠合板的頂部。在每塊泡沫中鉆四個(gè) 3/16 孔，穿過(guò)前后 3/4 英寸的木條，并穿過(guò)膠合板的頂部。必須沖出穿過(guò)泡沫的孔。我使用了帶有 2 英寸長(zhǎng)的鎖緊螺母的 #8 螺釘，但 2 ? 長(zhǎng)的螺釘會(huì)使組裝更加容易。

面板底部用兩個(gè) 1/8 英寸的鋁板固定，尺寸為 1 ? x 2 ? 英寸。它們安裝在地毯和汽車(chē)裝飾之間，如下圖所示。

擋板的圖片

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皮劃艇伸出艙口約 18 英寸，艙口下來(lái)停在船上。艙口和船之間的墊子可以避免劃傷和嘎嘎聲。需要兩個(gè)強(qiáng)大的沖擊弦來(lái)保持艙口向下。在我的車(chē)?yán)?，?dāng)艙門(mén)打開(kāi)時(shí)會(huì)響起警報(bào)。這個(gè)問(wèn)題很容易解決。通過(guò)使用一字螺絲刀將鎖定機(jī)構(gòu)觸發(fā)到關(guān)閉位置，可以誘騙警報(bào)器認(rèn)為艙口已鎖定。確保在關(guān)閉艙口之前解鎖它（使用答題器）。

啟動(dòng)皮劃艇

啟動(dòng)皮劃艇很容易。將其拖到水中，并用大旋鈕將拖釣馬達(dá)固定在橫梁上。電機(jī)的電源由從橫梁突出的 2 個(gè)端子提供（紅色為 +，它連接到前螺栓）。然后電機(jī)向前傾斜，兩條轉(zhuǎn)向線的末端卡在轉(zhuǎn)向桿上。將電機(jī)返回到鎖定位置以拉緊線。然后將電池組卡入控制箱中，您很快就可以在水上度過(guò)愉快的一天。