卫星天线旋转器开源固件 openRotator7

openRotator7 是一款轻量级的卫星八木天线旋转器的固件，基于 SARCNET Mini Rotator MK1 的配套固件代码“Rotator7”进行移植和增强。保留了核心控制算法，同时增加了网络配置和用户交互功能。

✨ 功能特性

核心控制

• LSM303DLHC 加速度计/磁力计数据读取、滤波与姿态解算
• AMSAT EasyComm I/II 协议支持（兼容 Gpredict、WXtrack 等软件）
• 电机驱动（支持 FWDREV / PWMDIR / ACMOTR 三种驱动模式）
• 智能抗缠绕算法（450° 单向旋转限制）
• 校准、调试、演示、监视多种工作模式

网络与配置

• 内置 Web 配置页面，支持 Wi-Fi 网络扫描与选择
• 配置持久化（SSID/密码/电机增益/外置传感器开关等）
• TCP 控制端口（4533）
• WebSocket 实时状态推送
• OTA 固件更新（需使用 Arduino IDE 或 Python 工具，暂不支持 Web 界面上传）

硬件适配

• 可适用于 DTrac Rotor V1 硬件设计（NodeMCU/ESP12E + LSM303DLHC + L298N，铸铝或 CNC 铝外壳+铝合金支架。如采用 DIY 硬件，请尽量避免铁磁性材料！）
• 支持外置姿态传感器：可通过 XZ/XL 命令上报当前角度，固件自行计算误差并驱动电机

⚙️ 硬件要求

• 主控：NodeMCU 或 ESP8266 开发板（推荐 ESP07S，可外接 SMA 天线）
• 传感器：GY-511（LSM303DLHC），或使用外置姿态传感器（如 WT9011DCL-BT50）
• 电机驱动：L298N 或兼容的 H 桥驱动板（目前固件配置为 ESP12E motor shield 板，板载 L298N 驱动）
• 电源：7.4V 锂电池（内置供电）或 DC 6~9V
• 兼容硬件设计：DTrac Rotor V1，如采用其他开发板，请注意修改固件中的引脚配置！

该设计原使用 ESP12E motor shield 电机开发板，但其使用的 ESP12E 或 ESP12F 开发板的天线为板载贴片微带天线，考虑到旋转器外壳为金属，会遮蔽 WiFi 信号，故推荐引脚兼容的 NodeMCU ESP07S 开发板，通过 IPEX 天线座引出 SMA 天线接口，接外置天线。

📡 控制协议

标准 EasyComm I/II 协议（TCP 端口 4533）

• 设置目标角度：AZ180.5 EL45.2\n
• 查询方位角：AZ\n → 返回 AZ180.5\n
• 查询仰角：EL\n → 返回 EL45.2\n

串口命令（使用 CR \r 结尾）

支持 r, c, s, a, d, b, m, p, h, eNN.N, <az> <el> 等命令。

外置传感器上报命令（XZ/XL）

当 Web 页面中 External Sensor 设为 Yes 时，固件会忽略内置 LSM303DLHC 传感器，完全依赖外部上报的角度数据。

命令格式	示例	说明
XZ<角度>	XZ135.5	上报当前方位角（单位：度，0~360）
XL<角度>	XL42.0	上报当前仰角（单位：度，-90~90）
XZ<az> XL<el>	XZ135.5 XL42.0	同时上报方位角和仰角

使用场景：当使用外置姿态传感器（如 WT9011DCL-BT50）时，上位机（需要自行实现）通过蓝牙或串口获取传感器数据并解算出当前角度，然后通过串口发送 XZ/XL 命令给旋转器。旋转器收到后，会结合之前通过 AZ/EL 设定的目标角度，自行计算误差并驱动电机。

Web API

• POST /cmd：发送控制命令（支持 AZ/EL、XZ/XL、r、c 等所有命令）
• GET /AzEl：获取当前角度，返回 az,el

🚀 快速开始

烧录固件

1. 使用 Arduino IDE 或 PlatformIO 打开项目
2. 选择开发板：NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)
3. 编译并上传固件
4. 首次开机后，连接 Wi-Fi 热点 Rotator7-xxxx（密码：12345678）

首次配置

首次配置推荐使用 Web 页面：连接旋转器 Wi-Fi 热点后，在浏览器中即可完成所有设置。串口命令行方式仅为高级用户和开发者提供。

1. 在浏览器访问 http://192.168.4.1
2. 配置 Wi-Fi SSID/密码，或保留默认 AP 模式
3. 设置本地磁偏角（可通过网络查询）、电机增益等
4. 选择传感器模式：
   • Internal Sensor（默认）：使用板载 LSM303DLHC，需完成下方传感器校准
   • External Sensor：使用外置姿态传感器，固件将忽略 LSM303DLHC 的全部数据，完全依赖 XZ/XL 命令上报的当前角度

传感器校准（仅内部传感器模式需要）

建议在首次使用时进行一次完整的传感器校准。传感器在焊接、安装到 PCB 后，都会存在不同程度的硬铁干扰（Hard Iron）和软铁干扰（Soft Iron）。此外，旋转器的电机、金属支架如果采用了铁磁材料也会扭曲周围的磁场。如果不进行校准，传感器会给出一个“偏斜”的地球磁场读数，导致旋转器的方位角出现固定偏差或非线性误差，跟踪精度会大打折扣。

1. 通过串口发送 c 进入校准模式
2. 缓慢旋转天线，使传感器在尽可能多的方向充分采样，每个方向停留几秒。在转动过程中，蜂鸣器偶尔会“滴”声作响，表示正在采集数据；当所有方向都转过后，蜂鸣器应当完全安静下来
3. 发送 s 保存校准数据
4. 发送 a 退出校准模式
5. 完成后，可将天线指向正北，发送 0 0 指令验证指向是否准确。如有偏差，请检查磁偏角设置并重新校准

OTA（空中升级）功能

1. 确保设备处于 STA 模式（已连接到你的局域网）
2. 在 Arduino IDE 中，选择对应的端口（会显示为 rotator7 的网络端口）或使用 Python 工具通过 OTA 库上传
3. 上传时需要输入密码 rotota

注意：OTA 功能仅在 STA 模式下可用。如果设备处于 AP 模式（作为热点），则无法进行 OTA 升级，此时仍需通过串口烧录。

🔄 内部传感器 vs 外置传感器模式

特性	内部传感器模式（默认）	外置传感器模式
角度数据来源	板载 LSM303DLHC	上位机通过 XZ/XL 命令上报
是否需要校准	✅ 必须完成 c → 转动 → s 流程	❌ 不需要（外置传感器自行校准）
磁偏角设置	✅ 通过 e 命令或 Web 页面设置	❌ 不需要（外置传感器或上位机处理）
调试模式 b	✅ 可用，打印原始传感器数据	❌ 禁用（无内部传感器数据）
校准模式 c	✅ 可用	❌ 禁用（提示“仅内部传感器模式可用”）
防缠绕保护	✅ 有效	✅ 有效（基于上报的角度变化）
搬动支架后	需要发送 r 复位	无需操作（上位机会持续上报新角度）
适用场景	独立工作，无需上位机辅助	配合外置姿态传感器使用，需要上位机发送额外数据给旋转器

外置传感器模式的优势：

• 不需要手动连线到内部电路板，外观整洁
• 搬动支架后无需复位
• 可使用更高精度的外置传感器（如 WT9011DCL-BT50）
• 适合追求更高指向精度的用户

外置传感器模式的缺点：

• 需要在上位机配置hamlib rotctld来发送传感器数据，门槛较高

• 传感器设备需要充电（续航24小时左右）

• 目前暂不兼容DTrac app

外置传感器模式的工作流程：

• 上位机通过蓝牙获取外置传感器数据
• 上位机得知天线的当前姿态
• 上位机通过 TCP/串口发送 XZ XL
• 旋转器收到后更新当前角度，结合目标角度 AZ/EL
• 旋转器自行计算误差，驱动电机

🔧 工作模式

当在串口监视器中输入对应的命令后，设备会进入特定的工作模式：

模式	触发命令	主要功能	表现
调试模式	b	输出原始传感器数据	串口持续打印 mx, my, mz, gx, gy, gz 六个原始数值。
演示模式	d	自动往复旋转	按预设路径自动转动，适合展示或测试机械结构
监视模式	m	输出详细运行状态	打印当前角度、目标角度、缠绕角度、误差值等
校准模式	c	传感器校准	需人工配合转动设备，完成后用 s 保存

退出所有模式：发送 a（abort），设备回到默认的跟踪模式。

如使用外部传感器， 调试模式和校准模式不可用。

🔊 蜂鸣器

场景	声音	说明
开机启动	短促两声	EEPROM 读取后、Wi-Fi 启动前发出
校准模式	短促“滴”声	转动设备时，传感器数据更新即响一声
低电压报警	❌ 未实现	本固件暂未实现该功能

📋 串口命令完整列表

普通用户不需要使用串口命令。大部分初始化设置在 Web 界面即可完成。串口命令主要面向：手动控制角度、传感器校准、调试/监视模式。

命令格式	参数示例	功能说明	终止符
r	r	复位：重置旋转器状态，将当前指向设为参考零点，清除缠绕计数	\r
h	h	帮助：打印所有可用命令	\r
c	c	校准模式（仅内部传感器可用）	\r
s	s	保存校准数据到 EEPROM（仅内部传感器可用）	\r
a	a	中止：退出当前模式，返回跟踪模式	\r
b	b	调试模式（仅内部传感器可用）	\r
m	m	监视模式	\r
d	d	演示模式	\r
p	p	暂停/恢复电机闭环控制	\r
eNN.N	e11.7	设置磁偏角（仅内部传感器可用）	\r
<az> <el>	180 45	手动控制：设置目标角度	\r
AZ	AZ	查询方位角	\n
EL	EL	查询仰角	\n
AZnn.n ELnn.n	AZ180.5 EL45.2	设置目标角度（EasyComm 标准）	\n
XZnn.n XL nn.n	XZ135.5 XL40.3	上报外置传感器获取到的角度（仅外置传感器模式）	\n

常见问题排查：

• 命令无响应：检查波特率是否为 115200，确认“发送新行”的设置是否正确（CR 或 LF）
• AZ180 EL45 无效：EasyComm 命令需要以 \n 结尾
• 180 45 无效：手动控制命令需要以 \r 结尾

⚙️ 电机增益调整

电机增益（Gain）决定了旋转器对角度误差的反应灵敏度。

设置	效果	优点	缺点
增益值高	电机反应强烈，转动快	响应迅速，跟踪快速卫星更跟得上	容易过冲、震荡、噪声大、耗电增加
增益值低	电机动作柔和，转动慢	动作平滑、指向稳定、电机寿命长	响应迟钝，快速目标时滞后明显

• 默认值 25：适合中等重量且做了配重的天线。
• 天线较重（>1.5kg）或平衡不佳：增加到 35-50
• 天线轻巧且平衡良好：降低到 15-20
• 出现持续震荡：增益过高，应降低
• 反应迟钝，明显滞后：增益过低，应增加

🔄 什么时候需要重新校准？

校准数据存储在 ESP8266 的模拟 EEPROM 中，掉电不丢失。仅在以下情况需要重新校准：

• 首次组装完成时
• 传感器被拆卸或重新安装（位置或方向改变）
• 天线支架上增加了新的铁磁性部件（如铁质法兰、螺丝）
• 指向精度明显下降，且排除磁偏角设置错误
• 更换了不同型号的传感器板

如果不属于以上情况，则无需重复校准。

🤝 致谢 & 衍生说明

• 原始项目：SARCNET Mini Rotator MK1 — 由 Julie VK3FOWL 和 Joe VK3YSP 开发，基于 GPLv3 许可证发布
• 兼容硬件设计：DTrac Rotor V1 — 由 BG6UD 设计并开源硬件资料。但该固件并不属于 DTrac 项目的一部分。
• 本固件：基于上述开源项目进行移植和功能增强。

📜 开源协议

本项目基于 GNU General Public License v3.0 开源。请阅读 LICENSE 文件了解详情。

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