這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

本教程將全面地介紹如何構建屬于您自己的DIY電動滑板。在這里我將向您展示的滑板是一個炫酷而有趣的交通工具，并且易于制作和使用！制作滑板所使用的是一些現成的電子和電氣組件，基于Arduino微控制器進行設計，這意味著其功能還能擴展延伸到其他項目中。如果您在開始之前要了解有關Arduino微控制器的一些基礎知識，請查看此教程!

在本指南中，我將向您展示如何以較低的成本對自己的DIY電動滑板進行構建和編程，并討論我計劃在未來的滑板迭代中對功能進行改進和擴展的一些方法。

硬件

1x Arduino Uno R3微控制器（任何Arduino微控制器都可以！）

1x 至少36英寸長的木制長板（板面越長意味著安裝電子設備的空間越大），和至少10英寸寬的滑板橋（安裝電機組件時，越長的橋就能提供越大的工作表面）。在本項目中，我使用的是36英寸的長板和10英寸寬的滑板橋。

○ 使用沒有翹起的平板（翹起的平板下方用于安裝電子設備的空間較小）

○ 四個75mm的長板輪子（輪子直徑不必精確為75mm，但范圍必須在70-75mm之間）

跳線和電阻器（用于將速度控制器和雙手柄連接到Arduino）

12號絞線

1x FVT 120-Amp 電子速度控制器

1x Nyko Kama 無線 Wii 雙手柄 （應配備配對的無線接收器）

1x Wii雙手柄延長線纜

1x Turnigy Aerodrive SK3 或類似的無刷電機

2x 3S LiPo 電池， 如Zippy Flightmax 5000mAh

○LiPo電池規格中的3s表示該電池中包含三個串聯的LiPo電池。

.1 英寸公排針

2x 4.7k?電阻

與電池上的連接器適配的連接器（我使用的是子彈頭連接器）

與電機上的連接器適配的連接器（我使用的是子彈頭連接器）

1x 16齒，5mm HTD節距，9mm寬同步帶輪

○https://shop.sdp-si.com/catalog/product/?id=A_6A55M016DF0906

1x 55齒，5mm HTD節距，9mm寬同步帶

○https://shop.sdp-si.com/catalog/product/?id=A%206R25M055090

軟件

Arduino IDE

“Arduino雙手柄” Arduino庫

Autodesk Inventor 或類似的計算機輔助設計(CAD) 軟件

Slic3r, ReplicatorG, 或類似的3D打印/切片軟件

工具

擰緊硬件的工具（螺絲起子、螺母起子、扳手等）

3D打印機（用于制造電子設備的外殼）

○3D打印機在該項目中不是必需的。電子部件的外殼也可以由木材或其它類似的更容易被加工的材料制成，或者使用小塑料容器來封裝。

CNC銑床，用于加工安裝電機的鋁制部件

鉆床/手鉆

烙鐵

鉗子和剪鉗

剝線鉗

文件和相關鏈接

CAD 模型： https://sourceforge.net/p/electricskateboard/code

可供下載的公用長板模型： https://grabcad.com/library/longboard-slipstream-1

代碼： https://github.com/RahulIyerK/ElectricSkateboard

術語:

滑板部件：

板面：通常用于騎手站立的木制長形板面

滑板橋：安裝在板面上的T形組件，用作安裝滑板輪的軸。一個滑板上有兩個滑板橋。

電動滑板術語：

減速比：電機轉速與驅動組件輸出級速度之比。減速比通常以“A:B”的形式表示，并且分數值通常大于1，表示電機通過比輸出級更高的速度旋轉。

步驟1 – 使用計算機輔助設計（CAD）軟件設計滑板的驅動組件

DIY電動滑板由無刷直流電機驅動，該電機通過同步帶連接到四個滑板輪子中的一個。同步帶在兩個同步帶輪之間運行，減速比為2.5：1。從SDP-SI購買的16齒鋁制帶輪是這對帶輪中較小的一個，可安裝到電機的軸上，而40齒的帶輪則是帶輪減速的輸出級，根據用戶的滑板輪凹槽進行自定義設計。我在CAD軟件中所設計的自定義鋁零件可將電機固定在適當位置，并使同步帶保持張緊狀態。您可以自行設計將電機連接到滑板輪上的同步帶組件。點擊此處，您可以在SourceForge庫中找到我的驅動組件的CAD模型。

圖1：滑板驅動組件的CAD模型。右邊的無刷電機（藍色所示）通過同步帶連接到左邊的一個滑板輪子（綠色所示）上

為了創建用于將電機安裝到滑板橋上的自定義零件，我首先下載并修改了一個線上的長板模型，例如GrabCAD的一個模型，該模型與我所使用的長板非常相似，精度很高。為了對模型進行修改，我測量了長板的一些重要尺寸（板面的長度和寬度，滑板橋的高度和寬度，以及輪子的尺寸），并將其與計算機模型進行比較，然后在需要的地方進行更改。

請注意，不必以100%的精度為滑板建模。相比于滑板的還原度，我更關注于上述的那些尺寸是否可以準確地表示出所添加零件與原始滑板零件之間的間隙。經過修改之后的模型效果很好！

圖2：完整的滑板CAD模型。可以看到驅動組件安裝在右下角的軸上

我在距輸出級不同距離的零件上添加了用于安裝電機的孔，以調整同步帶的張緊程度。因為從同步帶計算器（類似于這種）計算得到的兩中心距離不能確保同步帶處于理想的張緊狀態，所以在零件上具有這種可調節性是一種很好的安全措施，也是保證在最終產品上的同步帶有理想張力的好方法。

同時，我必須對DIY電動滑板最初使用的滑板橋中的一個進行修改，以便將電機支撐模塊安裝到該滑板橋上。原始零件具有逐漸變細的形狀，并且在其表面有嵌入物，這會使安裝過程變得困難。

圖3：現有的滑板橋有兩個特征：有一個凹槽且具有一個長錐度，我會將其移除，以使電機支撐模塊能夠與滑板橋相連接

我在CAD軟件中直接從表面切掉了材料，在滑板橋這部分創建了一個圓柱體，即一種更易于模塊安裝的形狀。經過機加工的部分和所連接的支撐模塊如圖4所示：

圖4：圖中所示的電機支撐模塊已經夾緊在機加工后的滑板橋上。通過將橋軸直徑調低到一個固定大小，其表面的錐度和凹槽都被移除

該圓柱體是原始滑板橋經過車床加工得到的。

為了確保40齒輸出級帶輪牢固地安裝到驅動輪上，我對一個現有的CAD同步帶輪進行了修改，添加了一些功能，例如添加了用于將帶輪固定到輪子的螺釘孔，以及在與輪子的凹槽適配的帶輪的一個表面添加了一個輪轂。

圖5：自定義40齒帶輪的CAD模型

帶輪頂部的圓錐形形狀使其可以更加緊密地插入滑板輪子的凹槽中。將螺釘擰入帶輪表面的六個通孔中，以將帶輪固定在輪子上。

圖6：用螺釘將打印得到的帶輪安裝到其中一個滑板輪子上。自定義打印平板（如圖頂部所示）用作鎖緊螺母的大墊圈

我打印了一個很小的“平板”片，放置在輪子與帶輪相對的表面上（圖片中鎖緊螺母下方的紅色部分）。該平板有助于消除將兩部分固定在一起并擰緊鎖緊螺母時所產生的應力。與擰緊鎖緊螺母時用軟橡膠作為與輪子之間的墊圈相比，該平板可以提供更加平坦和堅固的支撐。

可以在一個標準臺式3D打印機上打印此自定義帶輪。為了將帶輪固定在滑板輪子上，我需要對滑板輪子進行修改，以使其在安裝位置具有與帶輪相同的通孔。我使用了一個迷你磨機來完成這項工作！同時，我還為輪子的外側打印了一塊小平板（包含在該項目的模型中），作為將帶輪和輪子連接在一起的螺釘上所使用擰緊螺母的墊圈。

圖7：機加工后連接在一起的驅動組件

我設計了自己的電機支撐模塊，使其頂部具有垂直的螺釘，如圖7所示。該螺釘擰緊后可以將支撐模塊夾緊到滑板橋上。

最后，我設計的安裝到滑板上的最后一個組件是用于控制電子設備和電池的外殼。您可以點擊此處在SourceForge庫中找到我所設計外殼的CAD模型。我設計的外殼上打印有足夠多的孔。Arduino用小螺釘固定在外殼上，其余的電子器件用扎線帶固定。電池的外殼要經過精心設計，以使其可以緊貼并牢固地固定電池，同時在必要時便于取出電池。

您可以自行設計自己的外殼，以使其更適合于您的開發板。除了像我這樣將電子設備安裝在滑板面下方，您也可以選擇經過仔細的設計和布線后將電子設備放在板面前部或后部的上方。

圖8：滑板硬件的分解圖

紅色的外殼（如圖8左上方所示）中裝有控制電子設備：Arduino微控制器、電子速度控制器（ESC）和無線Wii雙手柄接收器。白色的外殼（如圖8右上方所示）裝有兩個“3S”鋰聚合物（LiPo）電池。

步驟 2 – 制造部件

完成驅動組件和外殼的設計后，下一步就是把這些部件制造出來。我選擇用鋁來制造支撐模塊，以保證滑板驅動所產生壓力下的強度和剛度。考慮到不同的使用情況，例如道路上小物塊的撞擊，我通過CNC銑床將一個現有的鋁棒制成零件。

如果您身邊沒有可用的CNC銑床，請嘗試通過當地的制造廠或者公用的車間獲取該設備！諸如TechShop之類的組織允許其成員在接受了有關安全操作機器的基礎培訓之后使用他們的加工設備。CNC銑床是制造此類鋁制零件的最佳選擇，因為這種零件具有復雜的三維特征，用等離子體加工或者水刀切割無法完成。

最后，想要制造您所設計或下載的自定義外殼和帶輪，您需要使用3D打印機。任何臺式3D打印機都能夠滿足該項目的要求—我使用Flashforge Creator Pro 和ABS filament打印了我所設計的所有塑料零部件。

以下是ReplicatorG環境中的打印設置示例：

圖9：在ReplicatorG環境中設置電池盒子打印件。必須將盒子小心地放置在打印床上，以使其處于3D打印機的最大打印范圍內（圖中白線所示）

圖10：打印40齒帶輪比較簡單，因為它尺寸較小。我在帶輪上設置了較高的填充密度，以便它能夠承受驅動滑板時所產生的壓力

我最近改用了Slic3r（作為我的打印設置/切片軟件），因為它能夠提供更多的打印功能，并且通過一些特定的打印設置增加用戶對滑板的控制模式。

步驟 3 – 連接電氣和電子系統

DIY電動滑板上的電源和控制硬件分為電氣系統 和 控制電子設備。電氣系統由向控制電子設備和電機提供電流的電池，以及將電池和電機連接到控制電子設備的電線組成。控制電子設備包括電子速度控制器（ESC）、Arduino微控制器（滑板的“大腦”）和無線雙手柄遙控接收器。

滑板的電氣系統接線非常簡單。但是，在開始之前，最好在長板上布置好不同的物理部件，這樣就能很清楚地看到在哪里進行緊固件連接和接線，同時還能幫助您確定用于電池連接到電子設備的電線的長度。

按照下圖將組件放置在滑板上，并在它們之間進行電氣連接。

圖11：滑板的電氣布局。串聯的兩節LiPo電池連接到ESC，ESC可以與無刷電機和Arduino連接供電

首先，使用12 AWG導線和一些與電池上的連接器適配的連接器，從電池的端子進行連接。我們將兩個電池串聯起來，為滑板提供22伏的電源。

圖12：由于我購買的電池帶有子彈頭連接器，所以我創建了一個互補型連接器，將它們串聯起來

一個子彈頭連接器外殼的“薄”側連接到另一個子彈頭連接器外殼的“厚”側。通過將一個電池的正極引線與另一個電池的負極引線連接，我們可以通過兩塊3S電池創建出一個“6S”或6節串聯的電池。

將電池的電源線和地線連接到ESC的電源線和地線。ESC將依次為電機和Arduino供電。如果電機的電線長度不足以插進ESC的三相電線，請使用相同的12號線來構造跳線，以連接ESC和電機。

將控制電子設備連接在一起會更復雜一些。Arduino直接從ESC的內置電池消除器電路（BEC）獲取電源，BEC是ESC的內置電路，可將輸入電池的電壓轉換為運行連接到ESC的控制器和接收器的較低電壓。

按照下圖連接所有電子設備！

圖13：Arduino的完整接線示意圖。請注意連接到雙手柄 I2C引腳的兩個4.7k?上拉電阻

從ESC的外殼中伸出的伺服電纜為三根不同顏色的電線：紅色為來自BEC的電源線，約為5伏；白色為來自速度控制器的信號線，Arduino將通過該信號線將脈沖寬度調制（PWM）信號發送到速度控制器以調節電機轉速；黑色為BEC的接地線。

首先，將紅色電源線連接到Arduino的 Vin引腳。您可以通過將一根跳線插入Arduino的母頭中或通過將跳線直接焊接到Vin引腳孔進行連接。可能您已經想到了，對地線要進行類似的連接操作。

將BEC的接地線連接到Arduino上的任何接地引腳。這兩個連接完成后會形成一個閉合回路，為Arduino供電。

Arduino和ESC之間最后需要連接的是信號線。信號線是Arduino 和ESC之間的PWM控制通道。Arduino調制由ESC解調的脈沖信號，以實現對提供給電機的電源的快速轉換。只能將Arduino上標有“~”的特定數字輸出用于PWM控制。我選擇使用數字引腳9，將ESC伺服電纜的白色信號線連接到該引腳。

現在，您已經完成了ESC 和Arduino之間的所有連接，接下來我們可以把注意力放在Arduino和Wii雙手柄（騎手用來控制滑板的手持式遙控器）的接口連接上。雙手柄旨在與Wii遙控器連接并與之通信，所以我們必須對其進行破解以作為滑板的控制器。如果您仔細看一下無線雙手柄隨附的接收器，您會發現其公連接器內部有六個引腳。下圖是連接器的引腳排布：

我們將使用延長線纜來對每個引腳進行連接：

首先，對延長線纜進行剪切，剩下的線纜長度足夠與母端相連。將線纜剪切一半左右即可。

剝去大約2英寸長的外部白色絕緣層，您會發現內部有五條不同顏色的被一些防護層包裹的電線。小心地對防護層進行剪切，直到只剩下五根電線：

圖14：剝離后的延長線纜，其中五根內部電線上焊接了跳線。在延長線纜中較小的電線根據其用途進行了顏色編碼，但是所有延長線纜的顏色標識方式都不相同！

由于所有的雙手柄延長線纜的內部接線都沒有使用相同的顏色，因此您必須使用萬用表確定線纜中的哪根線與母連接器上的哪個引腳相對應。非常重要的一點是，母連接器的引腳排列是公連接器的引腳排列的鏡像。這意味著頂行的外側引腳排列將被交換，底行的外側引腳也將被交換，而這兩行中間的兩個引腳保持不變。

確定了引腳對應的電線后，您需要將電源線、接地線、數據線和時鐘線分開并分別連接到Arduino上。第五個引腳將不會在本項目中使用。

電源線和接地線可以分別連接到Arduino的5V和接地引腳。

由于Arduino通過I2C與雙手柄接收器進行通信，我們需要通過將延長線纜連接到Arduino的I2C引腳、模擬引腳0和模擬引腳1來建立數據和時鐘的連接。想要了解更多有關I2C通信的知識，請查看本教程。

將數據（SDA）線連接至Arduino的模擬引腳4，將時鐘（SCL）線連接至Arduino的模擬引腳5。

電子設備組裝的最后一步是在數據和時鐘線上添加一些4.7k?的上拉電阻。這些上拉電阻能夠使數據線和時鐘線保持在有效邏輯電平上，從而防止“浮動引腳”干擾Arduino與接收器之間的通信。

我們已經完成了所有DIY電動滑板電子設備的組裝工作！為了使電子設備更加緊湊、整潔，我使用了一個小塊穿孔板來固定外圍電子設備（ESC和雙手柄接收器）與Arduino之間的所有連接：

圖15：一個用來使Arduino的引腳連接更緊湊的小穿孔板。跳線直接焊接到Arduino的引腳上，而不是將跳線連接到其母頭上

圖16：滑板的電子設備盒子中裝有ESC、Arduino和雙手柄的無線接收器

現在，我們要進行在Arduino上運行的軟件設計了，該軟件將雙手柄的輸入轉換為電機轉速，從而對滑板進行驅動。

步驟 4 – 編寫代碼并上傳至Arduino

對滑板進行組裝和測試前的最后一步是編寫控制軟件并上傳至Arduino。在將Arduino連接到您的筆記本電腦之前，請確保沒有通過BEC由滑板電池供電。在由BEC供電的情況下將Arduino連接到計算機的USB端口可能會損壞計算機的USB端口或者Arduino，也有可能兩個同時受到損壞！

您可以點擊此處獲取我在github上編寫的Arduino控制軟件！現在，該軟件還只是一個非常簡單的代碼草圖，能夠實現將雙手柄的輸入轉換為電機轉速，并傳送給ESC。我希望在不久之后能夠寫出更高級的控制軟件，以提升滑板的性能。您可以根據自己的喜好調整和改進代碼，并與我分享您的見解！

滑板控制Arduino草圖：

/*  
      * Rahul Iyer
      */

    
      #include 
      #include 
      #include 


      #define BAUDRATE 19200


      #define CHUCK_ZERO 133
      #define CHUCK_MAX 255
      #define ESC_ZERO 90
      #define SPEED_MAX 130

      ArduinoNunchuk nunchuk = ArduinoNunchuk();


      int escOutputValue = ESC_ZERO;
      float currentOutputValue = ESC_ZERO;


      int resetCounter = 0;
      Servo ESC;


      void setup()
      {
      ESC.attach(9);
      Serial.begin(BAUDRATE);


      nunchuk.init();
      delay(100);
      }


      void loop()
      {

      resetCounter++;



      if (resetCounter==40)
      {
         resetCounter=0;
         nunchuk.init();
         delay(100);
      }


      nunchuk.update();


      // Serial.print(nunchuk.analogX, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.analogY, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.accelX, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.accelY, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.accelZ, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.zButton, DEC);
      // Serial.print(' ');
      // Serial.print(nunchuk.cButton, DEC);
      // Serial.print(' ');


      int yValue = nunchuk.analogY;

      if (yValue maxPossibleSpeed)
         {
           escOutputValue = maxPossibleSpeed;
         }
         else
         {
           float increment = (1.0 * (yValue - CHUCK_ZERO)) / (CHUCK_MAX - CHUCK_ZERO);



           currentOutputValue += increment;
           escOutputValue = (int) currentOutputValue;

           if (escOutputValue > maxPossibleSpeed)
           {
             escOutputValue = maxPossibleSpeed;
           }
         }
      }


      ESC.write(escOutputValue);
      Serial.println(escOutputValue); //for debugging
      }

結論

這是我第一次開發“電動交通工具”，并且對基于Arduino的DIY電動滑板組裝配合的方式感到很滿意。我將繼續開發滑板的硬件和軟件，以進一步探索電動交通工具在電子和控制軟件方面的創新。

Arduino是此類項目中非常便于使用的微控制器，因為它易于與外部的電子設備連接，并且便于通過修改其中運行的軟件代碼來實現項目的改進。

在該DIY電動滑板未來的迭代版本中，我希望繼續開發滑板的控制軟件，這是能夠提升滑板的控制性、效率和整體實用性的一種非常簡單的方式。目前我對這種改進方式有這樣一個想法，即通過使用編碼器或類似的傳感器來實現閉環控制，從而在平穩行駛時進行啟動或變速。我還想在長板上添加讀數設備，以顯示電池電量百分比和按鈕控件，使騎手可以在加速、制動或最大速度等方面進行調整。請繼續關注該項目的進一步發展，并隨時與我分享您的見解！

Rahul Iyer

Rahul在UCLA學習電氣工程，業余時間喜歡創建電子和機器人相關的項目，尤其對電動汽車技術和輔助機器人技術感興趣。

審核編輯黃宇