基于 Arduino 的无刷直流电机（BLDC）通过模拟输入控制速度和转向，是一种典型的人机交互（HMI）控制模式，它将连续的物理操作量转化为平滑的电机运动，广泛应用于需要精细操控的移动机器人和车辆中。

1、主要特点
连续平滑的控制特性
模拟输入（如电位器、霍尔传感器、摇杆）提供了连续的数值变化，相较于按钮的离散阶跃控制，其优势在于“细腻”。
速度平滑渐进： 通过映射模拟信号的电压变化，可以实现电机从停止到全速的无级变速。这种平滑的加减速过程能有效避免机械冲击，减少传动系统的磨损，使设备运行更加平稳。
转向比例控制： 在差速转向系统中，模拟输入可以精确控制左右轮的速度差，从而实现从缓弯到急转的连续路径控制，甚至可以实现原地零半径转向。
基于差速原理的运动学模型
对于双电机驱动的系统，转向是通过调节左右轮转速差实现的，其运动学模型简单且高效。
同速行驶： 当左右轮 BLDC 电机以相同速度和方向运行时，车辆直线前进或后退。
差速转向： 当左轮速度大于右轮时，车辆向右平滑转弯；反之则向左转弯。转弯半径由速度差的大小决定。
原地转向： 当左右轮以相同速度反向旋转时，车辆可实现原地掉头，机动性极强。
高效可靠的 BLDC 驱动系统
BLDC 电机作为执行机构，为系统提供了高动态响应和长续航能力。
高效率与长寿命： BLDC 电机效率通常高达 85%-90%，配合电子换向，无电刷磨损，免维护，非常适合频繁启停和长时间运行的场景。
高功率密度： 能在较小体积内提供较大功率输出，支持快速加速和爬坡（如 10° 坡度），满足轻型智能车的机动性需求。

2、应用场景
该控制方案凭借其直观的操作手感和灵活的运动能力，主要应用于以下领域：
教育与竞赛机器人： 在高校的机器人课程设计或各类机器人竞赛中，学生常利用电位器或摇杆通过 Arduino 控制 BLDC 电机，实现智能小车的前进、后退和转向，是学习运动控制和嵌入式编程的理想平台。
遥控模型与智能车： 广泛应用于遥控车、工程抢险机器人等。操作者通过遥控器上的摇杆（模拟输入）实时控制车辆的速度和方向，要求响应迅速且控制精准。
互动艺术装置： 艺术家利用旋钮或体感传感器作为模拟输入，控制机械雕塑的移动速度和转向角度，创造出与观众互动的动态视觉效果。
轻型自主车辆原型： 在开发 AGV（自动导引车）或服务机器人底盘时，常利用该方案作为基础的运动控制原型，验证路径规划和避障算法的可行性。

3、注意事项
在设计和实现该系统时，需重点关注控制精度、电源管理和安全保护：
模拟信号的处理与滤波
噪声抑制： 模拟信号极易受到电磁干扰。在硬件上，应使用屏蔽线连接传感器，并在信号端对地并联滤波电容。在软件上，需对 ADC 采集到的数据进行平滑处理，如采用滑动平均滤波或一阶低通滤波算法，防止因噪声导致的电机抖动。
死区处理： 物理电位器或摇杆在中心位置（如停止状态）时，很难精确输出中间值。必须在程序中设置一个“死区”（Dead Zone），即当输入值在中间阈值范围内时，统一视为停止指令，防止电机在零速附近“蠕动”。
电源管理与电气隔离
独立供电： BLDC 电机在启动和负载变化时会产生大电流和电压波动。强烈建议使用独立的电源分别为 Arduino 控制电路和电机驱动电路供电，或者使用带隔离的 DC-DC 模块，防止电机噪声导致 Arduino 复位或程序跑飞。
共地处理： 虽然电源隔离，但控制信号需要参考同一电平，因此必须将 Arduino 的 GND 与驱动电路（ESC 或 MOSFET 驱动板）的 GND 可靠连接。
安全保护与故障处理
上电初始化： 在系统上电或 Arduino 复位时，应确保 PWM 输出引脚处于低电平或高阻态，直到用户给出明确的控制指令，防止电机意外启动造成危险。
限幅保护： 在软件中对映射后的 PWM 值进行限幅，确保其不会超出 ESC 或驱动电路允许的范围（如脉宽 1000μs-2000μs），防止设备损坏。
紧急制动： 建议设计一个硬件急停按钮，当按下时能物理切断电机电源或强制拉低 PWM 信号，确保操作安全。

1、单电位器控制（中位停止，左右旋转）
场景：使用一个电位器，中间位置为停止，顺时针旋转加速正转，逆时针旋转加速反转。

// 定义引脚
const int pwmPinA = 9;    // 假设控制一个电机（或电调单信号线）
// 如果电调支持正反转信号，可能需要两个PWM输出，这里以单信号为例演示逻辑

const int potPin = A0;    // 电位器

// 参数
int deadZone = 20;        // 中位死区，防止微小抖动导致电机微动
int centerValue = 512;    // 模拟输入中心值 (0-1023)
int pwmOutput = 0;        // 最终PWM值

void setup() {
  pinMode(pwmPinA, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Single Pot Control - Center Stop");
  
  // 初始化停止
  analogWrite(pwmPinA, 0);
  delay(1000);
}

void loop() {
  int potValue = analogRead(potPin);
  
  // 1. 计算相对于中心的偏移量 (-512 to +512)
  int offset = potValue - centerValue;
  
  // 2. 应用中位死区
  if (abs(offset) < deadZone) {
    pwmOutput = 0; // 停止
  } 
  // 3. 正转区域
  else if (offset > 0) {
    // 映射到 PWM 范围 (例如 0-255)
    pwmOutput = map(offset, deadZone, 512, 0, 255);
  } 
  // 4. 反转区域
  else {
    // 注意：这里需要特殊处理，因为analogWrite不能输出负值。
    // 如果电调支持反转，通常是用另一个PWM引脚，或者发送不同的脉冲宽度。
    // 这里假设我们只是用LED灯模拟，或者控制另一个引脚。
    // 为了简化演示，我们映射到正数，但逻辑上代表反转。
    pwmOutput = map(abs(offset), deadZone, 512, 0, 255);
    // 实际应用中，这里应设置方向引脚或发送反向脉冲
  }
  
  // 限制范围
  pwmOutput = constrain(pwmOutput, 0, 255);
  
  // 输出到电机
  analogWrite(pwmPinA, pwmOutput);
  
  // 调试输出
  Serial.print("Pot: ");
  Serial.print(potValue);
  Serial.print(" | Offset: ");
  Serial.print(offset);
  Serial.print(" | PWM: ");
  Serial.println(pwmOutput);
  
  delay(50);
}

2、双电位器控制（独立控制速度与方向）
场景：一个电位器控制速度大小（0-最大），另一个电位器（或开关）控制方向。

const int pwmPin = 9;
const int dirPin = 8;     // 方向控制引脚（数字输出）

const int potSpeed = A0;  // 速度电位器
const int potDir = A1;    // 方向电位器（也可用开关，这里演示模拟量）

int speedValue = 0;
bool direction = false;   // false: 正转, true: 反转

void setup() {
  pinMode(pwmPin, OUTPUT);
  pinMode(dirPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Dual Pot Control - Speed & Direction");
  
  digitalWrite(dirPin, LOW);
  analogWrite(pwmPin, 0);
  delay(1000);
}

void loop() {
  // 1. 读取速度值 (0-1023 -> 0-255)
  speedValue = analogRead(potSpeed);
  speedValue = map(speedValue, 0, 1023, 0, 255);
  
  // 2. 读取方向值
  // 假设方向电位器：小于512为反转，大于512为正转
  int dirValue = analogRead(potDir);
  if (dirValue < 500) {
    direction = true; // 反转
    digitalWrite(dirPin, HIGH);
  } else if (dirValue > 524) {
    direction = false; // 正转
    digitalWrite(dirPin, LOW);
  }
  // 中间区域保持原方向（死区）
  
  // 3. 输出PWM
  analogWrite(pwmPin, speedValue);
  
  // 调试
  Serial.print("Speed: ");
  Serial.print(speedValue);
  Serial.print(" | Dir: ");
  Serial.println(direction ? "REV" : "FWD");
  
  delay(100);
}

3、游戏摇杆控制（XY轴映射速度与转向）
场景：使用PS2摇杆模块，Y轴控制前进后退速度，X轴控制转向（差速）。

// 定义引脚
const int pwmLeft = 9;    // 左电机PWM
const int pwmRight = 10;  // 右电机PWM (假设双电机差速转向)

const int joyX = A0;      // 摇杆X轴
const int joyY = A1;      // 摇杆Y轴

// 参数
int deadZone = 50;        // 摇杆中位死区
int center = 512;        // 摇杆中心值

int leftSpeed = 0;
int rightSpeed = 0;

void setup() {
  pinMode(pwmLeft, OUTPUT);
  pinMode(pwmRight, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Joystick Control - Differential Drive");
  
  analogWrite(pwmLeft, 0);
  analogWrite(pwmRight, 0);
  delay(1000);
}

void loop() {
  int xValue = analogRead(joyX) - center;
  int yValue = analogRead(joyY) - center;
  
  // 应用中位死区
  if (abs(xValue) < deadZone) xValue = 0;
  if (abs(yValue) < deadZone) yValue = 0;
  
  // 1. 基础计算：将摇杆坐标映射为左右轮速度
  // 经典算法：left = Y + X; right = Y - X;
  leftSpeed = yValue + xValue;
  rightSpeed = yValue - xValue;
  
  // 2. 缩放和限制范围 (-1023 to 1023 -> -255 to 255)
  leftSpeed = map(leftSpeed, -1023, 1023, -255, 255);
  rightSpeed = map(rightSpeed, -1023, 1023, -255, 255);
  
  // 3. 处理正反转输出
  // 因为 analogWrite 只能输出 0-255，所以需要判断方向
  // 假设有方向引脚，这里简化用PWM模拟，负值代表反转逻辑
  
  // 左电机
  if (leftSpeed >= 0) {
    analogWrite(pwmLeft, leftSpeed);
    // digitalWrite(dirLeft, LOW); // 假设正转方向
  } else {
    analogWrite(pwmLeft, abs(leftSpeed));
    // digitalWrite(dirLeft, HIGH); // 反转方向
  }
  
  // 右电机
  if (rightSpeed >= 0) {
    analogWrite(pwmRight, rightSpeed);
    // digitalWrite(dirRight, LOW);
  } else {
    analogWrite(pwmRight, abs(rightSpeed));
    // digitalWrite(dirRight, HIGH);
  }
  
  // 调试输出
  Serial.print("X: ");
  Serial.print(xValue);
  Serial.print(" | Y: ");
  Serial.print(yValue);
  Serial.print(" | L: ");
  Serial.print(leftSpeed);
  Serial.print(" | R: ");
  Serial.println(rightSpeed);
  
  delay(50);
}

要点解读
“中位死区” (Dead Zone) 的必须性
物理缺陷：电位器和摇杆的机械结构决定了它很难精确回到绝对零点（512），通常会有 ±10~20 的漂移。
安全意义：如果不设死区，电机在“停止”状态下会因微小电压而嗡嗡作响或缓慢爬行，增加功耗和磨损。
实现：如案例一所示，判断 abs(offset) < deadZone时强制输出为零。
模拟信号的滤波与稳定性
噪声干扰：模拟输入引脚易受电源纹波和电磁干扰（特别是电机运行时）。
解决方案：
硬件：在模拟引脚对地并联一个 0.1uF 电容。
软件：使用移动平均滤波（Moving Average Filter）。不要直接使用单次 analogRead()，而是读取 5-10 次取平均值，平滑抖动。
正反转控制的硬件实现方式
单信号线电调：很多 BLDC 电调（如航模电调）仅用一根信号线，通过脉冲宽度区分正反转（如 1000us反转，1500us停止，2000us正转）。此时代码需使用 Servo库而非 analogWrite。
双信号线驱动板：部分驱动板需要PWM + DIR两个信号。PWM控制速度，DIR（数字高低电平）控制方向（如案例二）。
H桥驱动：最灵活，通常需要两个PWM引脚（IN1, IN2）配合实现正反转和刹车。
差速转向算法 (Differential Steering)
核心逻辑：案例三展示了机器人底盘常用的差速转向。
公式：Left = Y + X; Right = Y - X。
原理：当摇杆推向前（Y最大），两轮同速前进；当摇杆向右（X最大），左轮加速，右轮减速（甚至反转），实现原地右转。
电压范围映射与非线性补偿
线性映射：通常使用 map()函数将 0-1023 映射到 0-255。
非线性需求：人眼/手感对低速变化敏感。有时需要指数曲线映射（Exponential Mapping），即摇杆前半程变化缓慢，后半程变化剧烈，以获得更精细的低速操控感。这需要自定义映射函数而非简单 map()。

4、小型AGV双电位器调速+按键转向控制
场景定位
小型室内AGV（自动导引车）的手动调试/应急控制场景，需通过双电位器分别控制左右驱动轮转速，按键切换转向，核心需求是：手动精准调速、快速切换方向、低成本实现双轮差速转向，避免依赖串口/遥控，适合实验室调试和现场应急操作。
核心控制逻辑
调速逻辑：两个电位器分别输入0_{1023模拟信号，映射为0}90%的PWM占空比（避免满占空比过压），分别控制左右轮转速；
转向逻辑：按键按下切换转向模式（前进/后退），前进时双电机方向引脚置高，后退时置低，通过双轮同速同向实现直线前进/后退；
保护逻辑：模拟值校准后过滤微小抖动，同时限制PWM占空比，防止驱动板过压，电机启动前预置最小PWM避免堵转。

// 小型AGV双电位器调速+按键转向控制（Arduino Uno + C620双路驱动）
// 核心：双模拟信号映射PWM→双路输出，按键切换方向

// ========== 硬件与参数配置 ==========
#define LEFT_PWM 9    // 左轮PWM输出引脚（Timer1，硬件PWM）
#define RIGHT_PWM 10  // 右轮PWM输出引脚（Timer2，硬件PWM）
#define LEFT_DIR 3    // 左轮方向控制引脚
#define RIGHT_DIR 4   // 右轮方向控制引脚
#define TURN_KEY 2    // 转向按键引脚（自锁按键，按下切换方向）
#define MAX_PWM 225   // 最大PWM占空比（对应90%，避免满占空比过压，255为100%）
#define MIN_PWM 50    // 最小PWM占空比（防止电机堵转，预留启动余量）

// ========== 全局变量 ==========
bool isForward = true;  // 方向标志：true=前进，false=后退
int leftPotVal = 0;     // 左轮电位器模拟值（0~1023）
int rightPotVal = 0;    // 右轮电位器模拟值（0~1023）
int leftPWM = 0;        // 左轮输出PWM
int rightPWM = 0;       // 右轮输出PWM

// ========== 函数声明 ==========
void setupPWM();
int mapPotToPWM(int potVal);
void setMotorDirection(bool dir);
void debounceKey();

void setup() {
  pinMode(LEFT_DIR, OUTPUT);
  pinMode(RIGHT_DIR, OUTPUT);
  pinMode(TURN_KEY, INPUT_PULLUP);  // 按键上拉，按下时为低电平
  setupPWM();

  // 初始化方向为前进
  setMotorDirection(isForward);
  // 初始化最小PWM，避免启动堵转
  analogWrite(LEFT_PWM, MIN_PWM);
  analogWrite(RIGHT_PWM, MIN_PWM);

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("小型AGV控制初始化完成");
  Serial.println("操作：旋转左电位器控制左轮，右电位器控制右轮，按键切换前进/后退");
}

void loop() {
  1. 读取电位器模拟值并滤波（防抖动）
  leftPotVal = analogRead(A0);
  rightPotVal = analogRead(A1);
  // 简单滤波：连续读取2次取平均，避免电位器抖动
  delay(5);
  leftPotVal = (leftPotVal + analogRead(A0)) / 2;
  rightPotVal = (rightPotVal + analogRead(A1)) / 2;

  2. 模拟值映射为PWM占空比
  leftPWM = mapPotToPWM(leftPotVal);
  rightPWM = mapPotToPWM(rightPotVal);

  3. 输出PWM信号
  analogWrite(LEFT_PWM, leftPWM);
  analogWrite(RIGHT_PWM, rightPWM);

  4. 检测转向按键并切换方向
  debounceKey();

  5. 串口打印状态（调试用）
  Serial.print("方向：");
  Serial.print(isForward ? "前进 " : "后退 ");
  Serial.print("左轮PWM：");
  Serial.print(leftPWM);
  Serial.print(" 右轮PWM：");
  Serial.println(rightPWM);

  delay(20);  // 控制周期20ms，兼顾响应与稳定性
}

// ========== 初始化PWM（设置频率，避免电机噪音） ==========
void setupPWM() {
  // 默认analogWrite频率为490Hz，若电机噪音大可调整（C620支持490Hz，无需修改）
  // 若需修改频率，可通过Timer寄存器调整，此处保留默认
}

// ========== 电位器模拟值映射为PWM占空比（线性+阈值） ==========
int mapPotToPWM(int potVal) {
  if (potVal <= 10) return 0;  // 模拟值接近0，关闭PWM
  // 线性映射：10~1023 → MIN_PWM~MAX_PWM，避免死区
  int pwm = map(potVal, 10, 1023, MIN_PWM, MAX_PWM);
  return constrain(pwm, 0, MAX_PWM);
}

// ========== 设置电机方向（前进/后退，双轮同步） ==========
void setMotorDirection(bool dir) {
  digitalWrite(LEFT_DIR, dir ? HIGH : LOW);  // 前进高电平，后退低电平
  digitalWrite(RIGHT_DIR, dir ? HIGH : LOW);
}

// ========== 按键消抖（防止误触发） ==========
void debounceKey() {
  static bool lastKeyState = true;  // 上次按键状态（上拉默认高）
  bool currentKeyState = digitalRead(TURN_KEY);

  if (lastKeyState == true && currentKeyState == false) {
    // 检测到按键按下（电平从高变低）
    isForward = !isForward;
    setMotorDirection(isForward);
    Serial.println("切换方向");
    delay(100);  // 防抖延时，避免重复触发
  }
  lastKeyState = currentKeyState;
}

5、智能仓储叉车模拟比例控制（电位器调速+模拟转向）
场景定位
智能仓储叉车的手动操作场景，需通过双电位器实现“比例调速+比例转向”，即旋转调速旋钮实现转速线性调节，旋转转向旋钮实现转向角度比例控制，核心需求是：操作手感线性、转向平稳、速度与转向联动响应，替代传统机械手柄，提升操控灵活性。
核心控制逻辑
调速逻辑：调速电位器（A0）模拟值映射为PWM占空比，0_1023对应0100%转速，无死区，实现线性调速；
转向逻辑：转向电位器（A1）模拟值分为三段：0_{340→左转向（左轮转速＞右轮），341}682→直线前进（双轮同速），683~1023→右转向（右轮转速＞左轮），通过双轮差速实现比例转向；
保护逻辑：电位器中值判定直线模式，避免误操作导致原地转向，同时限制最大转速，防止负载突变时电机过载。

// 智能仓储叉车模拟比例控制（Arduino Mega + VESC双路驱动）
// 核心：双模拟信号→比例调速+差速转向，线性映射实现平稳操控

// ========== 硬件与参数配置 ==========
#define SPEED_POT A0   // 调速电位器（0~1023）
#define TURN_POT A1    // 转向电位器（0~1023）
#define LEFT_PWM 9     // 左轮PWM
#define RIGHT_PWM 10   // 右轮PWM
#define MAX_SPEED_PWM 255  // 最大转速对应PWM（100%）
#define TURN_ZONE 341      // 转向判定区间：341=1023/3，左转向0~340，直线341~682，右转向683~1023

// ========== 全局变量 ==========
int speedPotVal = 0;   // 调速电位器值
int turnPotVal = 0;    // 转向电位器值
int leftPWM = 0;       // 左轮输出PWM
int rightPWM = 0;      // 右轮输出PWM

// ========== 函数声明 ==========
int mapSpeedToPWM(int potVal);
void calculateTurnPWM();
void outputPWM();

void setup() {
  pinMode(LEFT_PWM, OUTPUT);
  pinMode(RIGHT_PWM, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("仓储叉车比例控制初始化完成");
  Serial.println("操作：旋转调速旋钮控制速度，旋转转向旋钮控制方向");
}

void loop() {
  1. 读取模拟输入值（滤波防抖动）
  speedPotVal = analogRead(SPEED_POT);
  turnPotVal = analogRead(TURN_POT);
  // 均值滤波：连续读取4次取平均，消除电位器抖动
  int filterSamples = 4;
  int sumSpeed = 0, sumTurn = 0;
  for (int i = 0; i < filterSamples; i++) {
    sumSpeed += analogRead(SPEED_POT);
    sumTurn += analogRead(TURN_POT);
    delay(2);
  }
  speedPotVal = sumSpeed / filterSamples;
  turnPotVal = sumTurn / filterSamples;

  2. 计算调速PWM（线性映射，无死区）
  int basePWM = mapSpeedToPWM(speedPotVal);

  3. 计算转向差速PWM
  calculateTurnPWM();

  4. 输出PWM信号
  analogWrite(LEFT_PWM, leftPWM);
  analogWrite(RIGHT_PWM, rightPWM);

  5. 串口打印状态
  Serial.print("调速值：");
  Serial.print(speedPotVal);
  Serial.print(" 转向值：");
  Serial.print(turnPotVal);
  Serial.print(" 左轮PWM：");
  Serial.print(leftPWM);
  Serial.print(" 右轮PWM：");
  Serial.println(rightPWM);

  delay(30);  // 控制周期30ms，保证转向响应平稳
}

// ========== 调速映射：模拟值→PWM占空比（0~255，线性） ==========
int mapSpeedToPWM(int potVal) {
  // 0~1023线性映射到0~255，无死区，实现全量程线性调速
  return map(potVal, 0, 1023, 0, MAX_SPEED_PWM);
}

// ========== 转向差速计算：根据转向值调整左右轮转速 ==========
void calculateTurnPWM() {
  int turnRange = turnPotVal;
  int diffMax = 100;  // 最大差速值（两轮转速差，可根据实际情况调整）

  if (turnRange < TURN_ZONE) {
    // 左转向：左轮减速，右轮保持基础速度
    int diff = map(turnRange, 0, TURN_ZONE, 0, diffMax);
    leftPWM = constrain(basePWM - diff, 0, MAX_SPEED_PWM);
    rightPWM = basePWM;
  } else if (turnRange > TURN_ZONE * 2) {
    // 右转向：右轮减速，左轮保持基础速度
    int diff = map(turnRange, TURN_ZONE * 2, 1023, 0, diffMax);
    leftPWM = basePWM;
    rightPWM = constrain(basePWM - diff, 0, MAX_SPEED_PWM);
  } else {
    // 直线模式：双轮同速
    leftPWM = basePWM;
    rightPWM = basePWM;
  }
}

// ========== 输出PWM（带基础电压补偿可选，此处简化） ==========
void outputPWM() {
  // 若需电压补偿（如电池电压下降时提升占空比），可在此加入补偿逻辑
  analogWrite(LEFT_PWM, leftPWM);
  analogWrite(RIGHT_PWM, rightPWM);
}

6、实验室BLDC综合调速平台（多模拟输入+方向切换）
场景定位
实验室用于BLDC电机测试的综合调速平台，需支持多模拟输入选择、速度线性调节、方向切换、状态反馈，核心需求是：灵活适配不同测试场景、实时显示参数、手动精准干预，帮助实验人员快速调试电机参数、验证控制算法。
核心控制逻辑
输入选择：A0电位器选择输入模式（0_{340：模拟调速模式，341}682：固定转速模式，683~1023：PID调速模式，此处仅实现模拟调速），对应指示灯亮起；
调速控制：A1电位器调节PWM占空比，0_1023对应0100%转速，线性映射；
方向切换：A2电位器分为三段，0_{340→正转，341}682→停止，683~1023→反转，通过逻辑电平控制驱动板方向引脚；
状态反馈：OLED实时显示当前输入值、PWM占空比、转速（可通过编码器扩展，此处显示计算转速），LED指示当前模式。

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// ========== 硬件与参数配置 ==========
#define SELECT_POT A0  // 输入选择电位器
#define SPEED_POT A1   // 调速电位器
#define DIR_POT A2     // 方向电位器
#define PWM_OUT 9      // PWM输出引脚
#define DIR_PIN 2      // 方向控制引脚
#define EN_PIN 3       // 使能控制引脚
#define OLED_ADDR 0x3C // OLED I2C地址

Adafruit_SSD1306 display(128, 32, &Wire, -1);

// 输入模式参数
#define MODE_ANALOG 0   // 模拟调速模式
#define MODE_FIXED 1    // 固定转速模式（预留）
#define MODE_PID 2      // PID调速模式（预留）
#define MODE_ZONE 341    // 模式切换区间

// ========== 全局变量 ==========
int selectPotVal = 0;
int speedPotVal = 0;
int dirPotVal = 0;
int outputPWM = 0;
int currentMode = MODE_ANALOG;
bool isCW = true;  // 方向：true正转，false反转
bool isRunning = true;  // 运行状态：true运行，false停止

// ========== 函数声明 ==========
void readAnalogInputs();
void setMode(int mode);
void setDirection();
void updateDisplay();
void initHardware();

void setup() {
  initHardware();
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR);
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("实验室BLDC综合调速平台初始化完成");
}

void loop() {
  1. 读取所有模拟输入
  readAnalogInputs();

  2. 判断输入模式
  if (selectPotVal < MODE_ZONE) {
    setMode(MODE_ANALOG);
  } else if (selectPotVal > MODE_ZONE * 2) {
    setMode(MODE_PID);
  } else {
    setMode(MODE_FIXED);
  }

  3. 根据模式控制输出
  switch (currentMode) {
    case MODE_ANALOG:
      // 模拟调速：A1映射到PWM
      outputPWM = map(speedPotVal, 0, 1023, 0, 255);
      setDirection();  // 处理方向
      break;
    case MODE_FIXED:
      outputPWM = 180;  // 固定转速（预留，可调整）
      setDirection();
      break;
    case MODE_PID:
      // PID调速模式（预留接口，此处简化为固定值）
      outputPWM = 150;
      setDirection();
      break;
  }

  4. 输出PWM与方向
  if (isRunning) {
    digitalWrite(EN_PIN, HIGH);
    analogWrite(PWM_OUT, outputPWM);
    digitalWrite(DIR_PIN, isCW ? HIGH : LOW);
  } else {
    digitalWrite(EN_PIN, LOW);
    analogWrite(PWM_OUT, 0);
  }

  5. 更新OLED显示
  updateDisplay();

  delay(50);  // 控制周期50ms，保证显示流畅
}

// ========== 读取模拟输入并滤波 ==========
void readAnalogInputs() {
  // 均值滤波：连续读取4次取平均
  selectPotVal = analogRead(SELECT_POT) / 4;
  speedPotVal = analogRead(SPEED_POT) / 4;
  dirPotVal = analogRead(DIR_POT) / 4;
}

// ========== 设置当前工作模式 ==========
void setMode(int mode) {
  currentMode = mode;
  // 点亮对应模式指示灯（D4=模拟，D5=固定，D6=PID）
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);
  pinMode(6, OUTPUT);
  digitalWrite(4, mode == MODE_ANALOG ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(5, mode == MODE_FIXED ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(6, mode == MODE_PID ? HIGH : LOW);
}

// ========== 设置电机方向（正转/停止/反转） ==========
void setDirection() {
  if (dirPotVal < MODE_ZONE) {
    isCW = true;
    isRunning = true;
  } else if (dirPotVal > MODE_ZONE * 2) {
    isCW = false;
    isRunning = true;
  } else {
    isRunning = false;  // 停止模式
  }
}

// ========== 更新OLED显示 ==========
void updateDisplay() {
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("模式：");
  display.print(currentMode == MODE_ANALOG ? "模拟 " : currentMode == MODE_FIXED ? "固定 " : "PID");
  display.println("  PWM：" + String(outputPWM));
  display.setCursor(0, 10);
  display.print("方向：");
  display.print(isRunning ? (isCW ? "正转 " : "反转 ") : "停止");
  display.println("  输入：" + String(speedPotVal));
  display.display();
}

// ========== 初始化硬件引脚 ==========
void initHardware() {
  pinMode(PWM_OUT, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  pinMode(EN_PIN, OUTPUT);
  // 初始状态：关闭使能，停止电机
  digitalWrite(EN_PIN, LOW);
  digitalWrite(DIR_PIN, LOW);
  analogWrite(PWM_OUT, 0);
}

要点解读

1. 模拟信号映射：线性与非线性的“场景适配”，决定控制手感
   模拟输入（0~1023）到PWM占空比的映射是核心逻辑，需根据场景需求选择映射方式，兼顾精度与操作手感：
   线性映射适用场景：需“操作手感与转速变化同步”的场景，如实验室调速、AGV手动调试，公式为PWM = map(potVal, 0, 1023, minPWM, maxPWM)，优点是操作直观，缺点是低速段精度不足（电位器微小转动导致PWM大变化）；
   非线性映射适用场景：需“低速精细控制、高速快速响应”的场景，如叉车转向、精密设备调速，可采用对数映射或分段线性映射，例如低速段（0_{300）映射为0}50% PWM，高速段（300_{1023）映射为50%}100% PWM，避免低速抖动和高速超调；
   阈值过滤与死区设计：电位器存在机械抖动和零点漂移，需设置阈值过滤微小信号，同时设计死区，防止电机频繁启停，例如if(potVal <= 10) PWM=0，避免电位器未完全回零导致的电机误启动。
2. 转向控制逻辑：逻辑电平与差速的“精准匹配”，保障转向稳定性
   BLDC转向控制分“方向切换”和“差速转向”两种，需根据驱动板特性匹配控制逻辑，避免误操作：
   方向切换（单电机）：通过高低电平控制驱动板方向引脚，需注意：切换方向前需先将PWM降为0，避免带载切换导致驱动板MOS管直通烧毁；切换后延时10~20ms再恢复PWM，防止电流冲击；
   差速转向（双电机）：通过两轮转速差实现转向，核心是“转向旋钮→转速差”的映射，需合理设置最大差速值，差速过大会导致轮胎打滑，差速过小转向半径过大；
   死区与保护：转向旋钮中值设为直线模式，避免误操作导致原地转向；同时设置最小转速，防止电机堵转，例如直线模式下两轮转速不低于20% PWM。
3. 信号滤波与抗干扰：消除抖动与干扰的“核心防线”，保障信号稳定
   模拟信号易受电位器抖动、电磁干扰影响，需通过软硬件滤波确保信号稳定，避免转速波动和方向误触发：
   硬件滤波：电位器并联0.1μF电容滤除高频干扰；模拟信号线采用屏蔽线，远离电机、驱动板的动力线，避免电磁耦合；Arduino与驱动板共地但电源隔离，防止电机干扰信号；
   软件滤波：优先采用均值滤波（连续读取4~8次取平均），简单高效；对快速响应场景，可采用中值滤波（去除最大值和最小值取平均），进一步消除瞬时干扰；
   按键消抖：按键转向场景中，需设置延时消抖，检测到按键状态变化后延时100ms，再次确认状态，避免机械抖动导致的重复触发，同时通过状态锁防止短时间内频繁切换方向。
4. 硬件匹配与保护：驱动与电机的“安全底线”，防止硬件损坏
   模拟控制的硬件兼容性和保护机制是系统稳定运行的基础，需重点关注接口匹配和安全防护：
   驱动板接口匹配：确认驱动板的PWM输入电平（3.3V/5V）、使能引脚逻辑、方向引脚逻辑，避免电平不兼容导致驱动板无响应；
   电源隔离与保护：电机驱动电源与Arduino控制电源独立，通过DC-DC模块或LDO隔离，防止电机启动电流冲击导致Arduino复位；加入肖特基二极管防止反接，安装自恢复保险丝防止过流；
   电机与驱动功率匹配：驱动板额定电流需大于电机额定电流，避免电机堵转时驱动板过载烧毁；设置最大PWM占空比，防止驱动板输出电压超过电机额定电压，导致电机绝缘损坏。
5. 用户体验与调试优化：操作与反馈的“闭环设计”，提升实用性
   模拟控制的核心是人机交互，需通过操作优化和反馈机制提升用户体验，简化调试过程：
   操作手感优化：合理选择电位器类型，线性电位器适用于线性调速，带阻尼的电位器适用于需要手感反馈的场景；旋钮刻度与功能对应，例如转向旋钮标注左/直/右，调速旋钮标注0~100%，提升操作直观性；
   状态反馈设计：通过OLED、LED指示灯实时反馈当前模式、转速、方向，例如AGV采用LED指示前进/后退，叉车采用OLED显示转向角度和转速，帮助用户实时掌握设备状态；
   调试辅助工具：通过串口打印模拟值、PWM、转速等关键参数，快速定位问题；开发参数调试界面，实时调整映射函数、死区、差速值等参数，无需修改代码即可适配不同电机和场景，大幅提升调试效率。

注意，以上案例只是为了拓展思路，仅供参考。它们可能有错误、不适用或者无法编译。您的硬件平台、使用场景和Arduino版本可能影响使用方法的选择。实际编程时，您要根据自己的硬件配置、使用场景和具体需求进行调整，并多次实际测试。您还要正确连接硬件，了解所用传感器和设备的规范和特性。涉及硬件操作的代码，您要在使用前确认引脚和电平等参数的正确性和安全性。