一、项目简介

本项目设计并实现了一款基于ESP32-C3-MINI-1U模块的遥控飞机控制板，专门用于将36/48手抛飞机改装为双发差速航模遥控飞机。控制板采用1S锂电池供电，集成2路大电流直流电机驱动（最大4.2A/路），支持双发空心杯电机的差速转向控制，并通过油门大小直接控制飞机的升降运动。通信方面采用ESP-NOW协议，具有低延迟、高可靠性的特点，配合预留的4路舵机驱动接口，为后续功能扩展提供了可能。整个项目基于PlatformIO平台开发，充分发挥了ESP32-C3的高性能和低功耗优势。

二、项目介绍

2.1 硬件介绍

控制板核心硬件组成如下：

• 主控模块：ESP32-C3-MINI-1U，集成RISC-V 32位单核处理器，主频160MHz，内置4MB Flash，支持Wi-Fi和BLE 5.0，功耗低、响应快，非常适合遥控模型应用。
• 电机驱动：2路独立直流电机驱动电路，每路最大持续电流4.2A，峰值电流可达5A以上，采用低内阻MOSFET搭建，支持PWM调速，专门适配空心杯电机。
• 舵机驱动：4路PWM信号输出接口（本项目中未实际使用舵机，但电路已预留，可驱动标准航模舵机）。
• 电源管理：1S锂电池输入（3.7V~4.2V），集成欠压保护、过流保护，并为ESP32-C3及电机驱动提供稳定电压。
• 通信接口：ESP-NOW无线协议，工作在2.4GHz频段，无需路由器即可实现点对点或多对一通信。
• 其他接口：电机接线端子、电池接头、烧录调试接口（UART）。

2.2 功能概览

2.3 设计思路

1. 差速转向原理：固定翼飞机在无副翼/方向舵的情况下，通过左右发动机推力差产生偏航力矩，实现转向。本设计左电机转速高于右电机时，飞机右转（反扭效应），反之左转。
2. 油门与俯仰关系：加大油门时，飞机空速增加，升力增大，水平尾翼（原手抛机固定升降舵）产生正俯仰力矩，机头上仰爬升；收油时机头下沉。利用这一特性无需额外舵机即可控制升降。
3. ESP-NOW优势：相比传统PPM/PWM遥控，ESP-NOW延迟更低（<10ms），抗干扰能力强，支持双向通信（可回传电池电压等遥测数据），且开发简单。
4. 驱动能力设计：空心杯电机启动瞬间电流较大（可达3-5A），因此选择4.2A驱动能力，并采用大电流走线和散热设计，确保稳定工作。
5. 模块化软件：将电机控制、通信协议、电压监测等功能封装为独立模块，便于调试和后续扩展。

三、功能实现

3.1 硬件设计

3.1.1 硬件框图

3.1.2 关键电路说明

• 电机驱动电路：采用双N沟道MOSFET（如AO4612或SI2302组合）组成H桥，每个H桥由4个MOSFET构成，通过ESP32-C3的两路互补PWM（带死区）控制正反转和调速。实际差速控制中仅需单向驱动（前进），故可简化为单侧PWM+使能脚。
• 电源分配：1S电池直接为电机供电（经电流采样电阻），同时通过LDO（如ME6211C33M5G）降压至3.3V为ESP32-C3和舵机逻辑供电。
• 舵机接口：GPIO输出50Hz PWM信号，脉宽500us~2500us对应0~180度。

3.2 软件设计

3.2.1 软件流程图

3.2.2 软件代码实现

基于PlatformIO，框架为Arduino for ESP32-C3。核心代码片段如下：

platformio.ini

[platformio]
description = 遥控飞机控制板

[env:esp32-c3-Receiver]
platform = espressif32
board = seeed_xiao_esp32c3
framework = arduino

主程序 receiver.cpp

void init() {
    Serial.begin(115200);

    // 初始化输入引脚
    uint8_t pwm_channel = 0;
    for(int i = 0; i < sizeof(pins) / sizeof(PinConfig); i ++) {
        if(pins[i].mode == PIN_MOD_LEDC) {
            // 坦克模型PWM频率设定为 1 / 10 ，也就是 1 KHz
            ledcSetup(pwm_channel, PWM_FREQUENCY, PWM_RESOLUTION_BITS);
            ledcAttachPin(pins[i].pin, pwm_channel);
            ledcWrite(pwm_channel++, 0);
        } else {
            pinMode(pins[i].pin, pins[i].mode);
        }
    }

    // 初始化 ESP-NOW
    Serial.println("Initializing ESP-NOW ...");
    delay(100);
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    // This is the mac address of the Slave in AP Mode
    Serial.print("STA MAC: "); Serial.println(WiFi.macAddress());
    // Init ESPNow with a fallback logic
    InitESPNow();

    // 设置接收数据回调函数
    esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
    
    resetData();
}


void run() {
    unsigned long currentMillis = millis();
 
    if(!lockState) { // 已解锁，根据遥控器信号输出
        // 油门最大档位
        maxThrottle = 0 < data.leftPotentiometer ? data.leftPotentiometer : 255;
        // 转向最大档位
        maxRudder = 0 < data.rightPotentiometer ? data.rightPotentiometer : 255;
        // 油门位置
        throttlePosition = map(data.leftJoystickY, 0, 255, 0, maxThrottle);
        // 转向档位
        rudderPosition = map(data.rightJoystickX, 0, 255, 0, maxRudder);
        // 归一化处理
        throttle = throttlePosition / 255.0;
        rudder = (rudderPosition - maxRudder / 2) / 127.0;
        // 转向增加转向微调值
        rudder = rudder + config.rudderFineTuningValue;
        // 计算差速
        baseSpeed = throttle;
        leftSpeed = baseSpeed * (1 + config.k * rudder);
        rightSpeed = baseSpeed * (1 - config.k * rudder);
        // 限幅输出
        leftSpeed = constrain(leftSpeed, 0, 1);
        rightSpeed = constrain(rightSpeed, 0, 1);
        // 转换为PWM信号
        leftSpeedPwm = leftSpeed * ((1 << PWM_RESOLUTION_BITS) - 1);
        rightSpeedPwm = rightSpeed * ((1 << PWM_RESOLUTION_BITS) - 1);
        // 输出占比
        ledcWrite(0, leftSpeedPwm);
        ledcWrite(1, rightSpeedPwm);
    } else { // 锁定状态，关闭输出
        // 左右摇杆拉低并保持3秒 解锁 start -----------------------------------------------------
        if(0 == data.leftJoystickY && 0 == data.rightJoystickY && !unlockStart) {
            unlockStart = true;
            unlockStartMillis = currentMillis;
        }
        if(0 == data.leftJoystickY && 0 == data.rightJoystickY) {
            if(currentMillis - unlockStartMillis >= unlockHoldTime) { // 解锁成功
                unlockStart = false;
                lockState = false;
            }
        }
        // 左右摇杆拉低并保持3秒 解锁 end -------------------------------------------------------
    }

    // 转向微调 start -----------------------------------------------------
    if(rudderFineTuningState) { // 转向微调状态
        if(0 == data.rightJoystickBtn) {
            rudderFineTuningStart = true;
        } else if(rudderFineTuningStart) {
            rudderFineTuningState = false;
            rudderFineTuningStartMillis = 0;
        }

        if(1 == data.leftBtnRight && (currentMillis - rudderFineTuningKeyCoolingMillis) >= rudderFineTuningKeyCoolingTime) { // 微调状态下，右边左键按下，左微调，值 -0.01
            rudderFineTuningKeyCoolingMillis = currentMillis;
            config.rudderFineTuningValue -= 0.01;
        }
        if(1 == data.rightBtnRight && (currentMillis - rudderFineTuningKeyCoolingMillis) >= rudderFineTuningKeyCoolingTime) { // 微调状态下，右边右键按下，右微调，值 +0.01
            rudderFineTuningKeyCoolingMillis = currentMillis;
            config.rudderFineTuningValue += 0.01;
        }
    } else {
        if(1 == data.rightJoystickBtn) {
            if(0 == rudderFineTuningStartMillis) {
                rudderFineTuningStartMillis = currentMillis;
            } else if(currentMillis - rudderFineTuningStartMillis >= rudderFineTuningHoldTime) {
                rudderFineTuningState = true;
                rudderFineTuningStart = false;
            }
        } else {
            rudderFineTuningStartMillis = 0;
        }
    }
    // 转向微调 end -------------------------------------------------------
}

四、功能展示

4.1 硬件展示

原理图

PCB 3D预览

PCB实物

4.2 实际测试场景

将控制板安装在改装后的手抛飞机上（36cm翼展EPP材质），替换原配重块位置，固定两个720空心杯电机于机翼后缘两侧，正反桨各一。遥控端使用另一个ESP32-S2开发板加摇杆模块，同样运行ESP-NOW发送程序。

焊接好的控制板只有4克，非常适合用于手抛飞机的改造，实际测试36或48mm的手抛飞机均可使用该控制板进行改造。这里我改造了一架36mm的手抛飞机，仅使用了2个720空心杯电机，使用油门控制升降，差速控制转向，改造完成后仅43克左右，轻轻松松爽飞。

图：改装后的手抛飞机及控制板安装位置

4.3 测试结果

4.3 演示视频截图

五、总结

本项目成功设计并实现了一款基于ESP32-C3的高性能遥控飞机控制板，具备以下特点：

1. 低成本高性能：ESP32-C3模块价格低廉，但处理能力和无线性能远超传统航模接收机，且支持二次开发。
2. 动力强劲：2路4.2A驱动可轻松驱动8520或1020空心杯电机，满足手抛机改装需求。
3. 差速控制简单有效：无需复杂舵面即可实现转向和升降，极大简化了改装复杂度。
4. 通信可靠：ESP-NOW协议提供毫秒级响应，实测抗干扰能力强于普通2.4G玩具遥控器。
5. 扩展性强：预留4路舵机接口，后续可升级为全功能航模（副翼、升降舵、方向舵）。

待改进方向：

• 增加姿态传感器（MPU6050），实现增稳模式，降低飞行难度。
• 增加蓝牙或Wi-Fi配置页面，方便修改遥控器配对信息。
• 设计专用PCB并优化布局，减小体积和重量。

本控制板为手抛机电动化改装提供了完整的解决方案，同时也可作为学习ESP32-C3电机控制、ESP-NOW无线通信的优秀案例。项目所有硬件设计文件及源代码均已开源，可供爱好者参考和二次开发。

最后，感谢硬禾学堂联合 DigiKey 推出的这次活动，使我的设计能力进一步提升！

五、参考资料

• https://wiki.seeedstudio.com/cn/XIAO_ESP32C3_Getting_Started/
• https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/stable/esp32/api-reference/network/esp_now.html