ESP32 + ESC + BLDC motor – ovládání brushless motoru

Co je ESC a BLDC motor?

BLDC motor (brushless DC – bezkartáčový stejnosměrný motor) je typ motoru, který se používá v dronech, RC autech, letadlech a lodích. Oproti běžnému DC motoru má vyšší účinnost, výkon i životnost, protože nemá uhlíkové kartáče.

BLDC motor ale nelze ovládat přímo – potřebuje ESC (Electronic Speed Controller). ESC je řídicí jednotka, která přijímá signál z ESP32 a podle něj napájí tři fáze motoru ve správném pořadí a časování.

Zajímavé je, že ESC se ovládá stejným signálem jako servo– klasickým PWM pulsem o délce 1000–2000 µs. Proto můžeme použít knihovnu ESP32Servo, stejnou jako pro ovládání serv.

Jak funguje signál pro ESC

Při prvním zapnutí musí být hodnota signálu stejná nebo nižší než minimum 1 milisekunda. Tomu se říká „arming" (aktivace) ESC a motor to potvrdí pípnutím. Pokud je při zapnutí hodnota vyšší (tedy plyn nahoře), ESC motor nespustí dokud plyn nestáhnete na správné minimum. To je bezpečnostní pojistka – motor se nerozjede, pokud omylem necháte plyn nahoře.

1000 µs = motor stojí (minimum / arming)
1500 µs = poloviční otáčky
2000 µs = plné otáčky (maximum)

Potřebné komponenty

ESP32
BLDC (brushless) motor
ESC (Electronic Speed Controller) odpovídající proudu motoru
LiPo baterie (podle napětí motoru – např. 3S = 11,1V)
Propojovací vodiče

⚠️ Bezpečnost především: Při prvním testu vždy odmontujte vrtuli nebo cokoliv připojeného k hřídeli. Brushless motory mají vysoký kroutící moment a při plných otáčkách mohou způsobit zranění.

Zapojení

ESC má tři strany – vstup napájení, výstup do motoru a řídicí kabel.

Řídicí kabel ESC (servo konektor se třemi vodiči) připojte takto:

Signální vodič (obvykle bílý nebo oranžový) na GPIO 13 ESP32
Zemnící vodič (černý nebo hnědý) na GND ESP32
Prostřední vodič (červený, +5V z BEC) nechte nezapojený, pokud napájíte ESP32 zvlášť přes USB

Napájecí strana ESC (dva silné vodiče, červený a černý) se připojuje k LiPo baterii – červený na +, černý na −.

Výstup ESC do motoru (tři vodiče) se připojuje ke třem vývodům BLDC motoru. Na pořadí těchto tří vodičů nezáleží – brushless motory jsou jako třífázové, takže pořadí vodičů ovlivní pouze směr otáčení. Pokud se motor točí opačně, prohoďte libovolné dva vodiče.

⚠️ Společná zem je nutná: GND ESC musí být propojen s GND ESP32, jinak signál nefunguje. Pokud napájíte ESP32 z BEC výstupu ESC (prostřední vodič), je zem propojena automaticky.

⚠️ Nikdy nenapájejte motor přímo z ESP32 – vždy použijte samostatnou LiPo baterii přes ESC.

Instalace knihovny

V Arduino IDE otevřete Library Manager, vyhledejte ESP32Servo a nainstalujte ji. Tato knihovna umí generovat přesný PWM signál pro serva i ESC na libovolném GPIO pinu ESP32.

Kód 1 – arming a základní ovládání

Nejjednodušší kód, který aktivuje ESC a roztočí motor na nízké otáčky:

servo.ino

#include <ESP32Servo.h>

Servo esc;

#define ESC_PIN 13

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

  // Nastavení PWM pro ESC (50 Hz, standardní pro serva/ESC)
  esc.setPeriodHertz(50);
  esc.attach(ESC_PIN, 1000, 2000);  // min 1000 µs, max 2000 µs

  // ARMING – pošli minimální signál a počkej
  Serial.println("Aktivuji ESC (arming)...");
  esc.writeMicroseconds(1000);
  delay(3000);  // počkej na potvrzovací pípnutí

  Serial.println("ESC připraven!");
}

void loop() {
  Serial.println("Nízké otáčky");
  esc.writeMicroseconds(1200);
  delay(3000);

  Serial.println("Střední otáčky");
  esc.writeMicroseconds(1500);
  delay(3000);

  Serial.println("Stop");
  esc.writeMicroseconds(1000);
  delay(3000);
}

Kód 2 – plynulé zrychlení a zpomalení

Postupné rozjíždění a zpomalování motoru (ramp up / ramp down):

servo.ino

#include <ESP32Servo.h>

Servo esc;

#define ESC_PIN 13

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

  esc.setPeriodHertz(50);
  esc.attach(ESC_PIN, 1000, 2000);

  // Arming
  Serial.println("Aktivuji ESC...");
  esc.writeMicroseconds(1000);
  delay(3000);
  Serial.println("ESC připraven!");
}

void loop() {
  // Plynulé zrychlení z 0 na 50 %
  Serial.println("Zrychluji...");
  for (int us = 1000; us <= 1500; us += 10) {
    esc.writeMicroseconds(us);
    delay(50);
  }

  delay(3000);  // drž na 50 %

  // Plynulé zpomalení zpět na 0
  Serial.println("Zpomaluji...");
  for (int us = 1500; us >= 1000; us -= 10) {
    esc.writeMicroseconds(us);
    delay(50);
  }

  delay(3000);  // stop
}

Jak to funguje

ESP32 posílá přes knihovnu ESP32Servo PWM signál o frekvenci 50 Hz, kde šířka pulsu (1000–2000 µs) určuje požadované otáčky. ESC tento signál dekóduje a podle něj spíná tři fáze motoru ve správném pořadí a časování – tím vzniká rotující magnetické pole, které roztáčí rotor.

Funkce writeMicroseconds() posílá přesnou šířku pulsu v mikrosekundách, což je přesnější než klasické write() s úhlem. Pro ESC je to ideální, protože pracujeme přímo s délkou pulsu.

Kalibrace ESC (volitelné)

Každý ESC má trochu jiný horní a dolní bod. Pokud motor nereaguje v celém rozsahu potenciometru, proveďte kalibraci: při vypnutém napájení pošlete maximální signál (2000 µs), pak zapněte baterii, počkejte na pípnutí a stáhněte na minimum (1000 µs). ESC si tím zapamatuje krajní hodnoty.

Časté problémy

Motor se neroztočí, jen pípá
→ ESC čeká na arming – ověřte že na začátku posíláte 1000 µs po dobu 3 sekund
→ Zkontrolujte že plyn není při zapnutí nahoře

Motor se točí opačným směrem
→ Prohoďte libovolné dva ze tří vodičů mezi ESC a motorem

ESC pípá v pravidelných intervalech a motor nejede
→ Chybová signalizace – zkontrolujte napětí baterie a připojení
→ Různý počet pípnutí značí různé chyby (napětí mimo rozsah, plyn nahoře)

ESP32 se resetuje při rozjezdu
→ Nenapájejte ESP32 a motor ze stejného zdroje bez dostatečného proudu
→ Použijte samostatné napájení ESP32 přes USB

Motor cukne a zastaví se
→ ESC se „odzbrojí" pokud nedostává signál – posílejte PWM signál kontinuálně, i když jsou otáčky nulové