四轴飞行器DIY：基于STM32微控制器 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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吴勇，罗国富，刘旭辉等著

图书标签:

STM32
四轴飞行器
DIY
无人机
嵌入式系统
硬件设计
软件开发
飞行控制
电机驱动
传感器
开源项目

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出版社：北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512419834

版次：1

商品编码：11870372

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-02-01

用纸：胶版纸

具体描述

内容简介

　　本书主要讲述如何自己动手制作（DIY）一个微型多旋翼飞行器。书中内容主要分四篇：第一篇主要介绍飞行器的相关基础知识，让读者对多旋翼飞行器有个感性的认知；第二篇重点介绍飞行器的硬件平台，包括模块详细解说、实物组装、固件下载方法和飞行器的操作说明等；第三篇重点介绍飞行器的软件开发环境、软件各个功能部分的讲解和各个模块部分的连接、飞控系统的核心算法等；第四篇介绍多旋翼飞行器的拓展，控制操作入门和技巧，以及其在不同行业的应用。

　　本书配套资料里面包含了微型多旋翼飞行器的代码，同时也包含遥控器代码。这些代码均有详细的注释，读者可参考它设计自己的固件，亦可通过书中介绍的方法，将编译后的代码下载到飞行器和遥控器中来体验飞行。

　　本书主要针对未入门而有强烈意愿DIY的飞行器爱好者和即将参加赛事的大学生朋友，引导他们着手进行设计；也可供初中生和高中生课外阅读，以培养兴趣和提高动手能力。

前言/序言

　　从开始做微型多旋翼飞行器以来，我经常和一大批有着同样爱好的朋友们互相交流，他们走着我曾经走过的路，也经历着我所经历过的坎坷。无论我在何坛何群，总有朋友追问着很多重复的问题，未能全部一一解答很是抱歉。也正是因为如此，一直以来都想写点东西给他们，但因时间和精力所限都没能让我提笔。终于，北京航空航天大学出版社给了我这次机会，我甚是激动并深表感谢，于是抛开所有阻扰开启了这段思想旅程……

　　每当在论坛分享我的成果时，总能得到满满的支持，这也是我能排除万难一直坚持到现在的动力。而我唯一能回馈他们的就是分享我的经验使他们不再经历我的痛楚。所以在开启本书时，一段电影似的回忆会进入你的脑海，那是我与微型多旋翼飞行器从认识到熟知再到成为我生命中一部分的历程，犹如一对恋人从相识到相知再到相恋。

　　硬件设计方面，刚接触的朋友们总有很多不明白的地方，故我在书中对常常被提及的问题做了说明。这不仅仅需要理论知识的支持，更多的是需要理论与实践的有机结合，它是靠实际经验做依托的。比如在群里，多次有人问到数字电源地与模拟电源地为何隔离的问题，为了让朋友们更好地理解，我在书中用到了形象比喻，虽说不一定准确，但相信能对大家有所帮助。

　　在设计飞行器时，难点之一是硬件方面的设计，更多的难点无疑都指向数据融合和各种算法。网上的资料对此都是泛泛而谈，很少有一些更为具体的应用，想深入涉足飞行器的朋友常常望洋兴叹。为此，我们团队从最基本的开始，对各个模块逐一讲解说明，带领大家一起DIY属于自己的多旋翼飞行器。

穿越天空的翅膀：STM32赋能的自主飞行世界这是一本关于如何亲手构建属于你自己的飞行器，并赋予它智慧的指南。本书将带领你从零开始，一步步深入了解四轴飞行器的奥秘，并为你揭示如何利用强大的STM32微控制器，将其从一个简单的遥控玩具，变成一个能够自主感知、决策和执行任务的智能飞行平台。为何选择四轴？为何选择STM32？四轴飞行器以其独特的结构和出色的机动性，成为了无人机领域最受欢迎的平台之一。其四个旋翼带来的稳定悬停能力，以及灵活的姿态控制，使得它在航拍、巡检、测绘、表演等领域展现出巨大的应用潜力。而STM32系列微控制器，凭借其卓越的性能、丰富的外设接口、低功耗特性以及广泛的应用生态，已成为嵌入式开发领域的事实标准。将这两者结合，便能解锁一个充满无限可能的自主飞行世界。本书将为你打开一个怎样的大门？本书将不仅仅停留在理论的堆砌，而是以实践为导向，为你提供了一条清晰、可行的DIY路径。你将学会：第一部分：飞行器的骨骼与血脉——硬件基础构建理解飞行器的基本原理：从牛顿第三定律到空气动力学，深入浅出地解析四轴飞行器是如何升空、悬停和飞行的。我们将探讨旋翼的设计、电机与电调的匹配、螺旋桨的选择，以及它们如何协同工作，产生控制飞行器的升力与力矩。精选核心硬件： STM32微控制器：我们将详细介绍STM32系列中适合飞行器控制的型号，分析它们的性能指标、内存大小、外设接口（如ADC、PWM、UART、SPI、I2C等），并指导你如何根据自己的需求进行选型。你将了解STM32的ARM Cortex-M内核架构，理解其高效处理能力如何支撑复杂的飞行控制算法。传感器套件：飞行器的“眼睛”和“大脑”离不开传感器。本书将重点讲解惯性测量单元（IMU），包括加速度计和陀螺仪，它们是如何测量飞行器的姿态和运动状态的。我们还将介绍气压计，用于测量海拔高度，以及GPS模块，赋予飞行器定位和导航能力。你将学习这些传感器的通信协议（如I2C、SPI），以及如何从它们那里获取原始数据。电机、电调与电源：无刷电机因其高效率和功率密度成为飞行器的首选。我们将教授如何选择合适的电机KV值、额定功率，以及如何搭配具有高刷新率和精确控制能力的电子调速器（ESC）。同时，锂聚合物电池（LiPo）作为飞行器的能量来源，其容量、放电倍率和安全性知识也是不可或缺的。飞控板设计与组装：你将学习如何将STM32微控制器、IMU传感器、电源管理单元等集成到一个紧凑的飞控板上。我们将提供详细的原理图和PCB设计指导，帮助你理解信号的连接、电源的分配以及元器件的布局。对于初学者，也会提供成熟的开源飞控板参考方案，让你能快速上手。机架的选择与组装：从碳纤维到塑料，我们将分析不同材质和结构的机架的优缺点，并指导你如何根据飞行器的尺寸、重量和用途进行选择。组装过程中，平衡性、减震设计等细节也将被一一阐述。通信模块：遥控器与飞控之间的通信是必不可少的。本书将介绍射频通信模块（如Nrf24L01、LoRa等），讲解其工作原理、通信协议，以及如何实现稳定可靠的遥控链路。第二部分：赋予智慧的灵魂——STM32嵌入式开发与飞控算法 STM32开发环境搭建：从Keil MDK、IAR EWARM到STM32CubeIDE，我们将引导你选择并搭建适合的开发环境。你将学习如何配置STM32CubeMX，生成初始化代码，以及掌握基本的固件开发流程。裸机编程与HAL库应用：深入理解STM32的寄存器操作，让你能更底层地控制硬件。同时，我们将重点讲解STM32的HAL（Hardware Abstraction Layer）库，如何利用它简化外设的配置和驱动开发，提高开发效率。传感器数据读取与滤波：从传感器获取的原始数据往往带有噪声，影响控制精度。我们将学习卡尔曼滤波、互补滤波等经典的滤波算法，如何将其移植到STM32平台上，以获得更干净、更准确的姿态和位置信息。 PID控制器设计与实现： PID（比例-积分-微分）控制器是飞行控制的核心。本书将详细讲解PID算法的原理，如何根据四轴飞行器的动态特性进行参数整定，并将其高效地实现在STM32上，实现对飞行器姿态（俯仰、滚转、偏航）的精确控制。姿态解算与航向估计：利用加速度计和陀螺仪的数据，通过复杂的数学运算，我们将实现飞行器的三维姿态解算。你将理解四元数、欧拉角等概念，以及如何利用它们精确地描述飞行器的空间指向。低层飞控：深入讲解如何利用STM32的PWM输出控制电机的转速，实现对飞行器的升力、倾斜和偏航的精确控制。你将学习如何编写稳定可靠的电机控制程序。通信协议开发：实现遥控器与飞控之间的数据传输，包括控制指令的发送和飞行状态的反馈。我们将探讨常用的通信协议，如MAVLink，以及如何基于STM32进行定制化开发。第三部分：超越指令的飞行——智能与自主功能的探索 GPS定位与惯性导航：结合GPS模块，我们将实现飞行器的航点导航功能。你将学习如何解析GPS数据，规划飞行路径，以及利用IMU数据进行辅助定位，实现更平滑的导航轨迹。高度保持与定高：利用气压计传感器，我们将实现飞行器的自动定高功能，使其能在指定高度稳定悬停。自动起降与返航：编写程序实现一键起飞、自动降落以及在信号丢失或电量不足时自动返航的功能，大大提升飞行器的安全性和易用性。数据记录与回放：学习如何将飞行过程中的关键数据（如姿态、速度、GPS位置等）存储到SD卡中，方便后续分析和调试。视觉感知入门（选修）：对于有兴趣的读者，我们将简要介绍如何将摄像头与STM32结合，实现简单的视觉功能，如目标跟踪或避障的初步探索。飞控软件架构设计：学习如何构建模块化、可扩展的飞控软件架构，方便添加新功能和算法。本书的特色与价值：理论与实践深度结合：每一项技术都伴随着详细的原理讲解和实际操作步骤，让你既知其然，又知其所以然。面向DIYer的友好性：语言通俗易懂，避免了过于晦涩的专业术语，同时提供了大量的代码示例和电路图，即使是初学者也能轻松上手。循序渐进的学习路径：从最基础的硬件连接到复杂的智能算法，学习过程层层递进，让你逐步建立起对飞行器控制的全面认知。开源精神的践行：我们将推荐和引用优秀的开源项目，鼓励读者参与到开源社区的建设中，共同推动技术的发展。激发创造力：本书不仅仅是教会你如何造出一架能飞的机器，更是点燃你对于未来智能飞行探索的热情，鼓励你根据自己的想法进行创新和扩展。谁适合阅读本书？对四轴飞行器、无人机技术充满好奇的爱好者。希望将STM32微控制器应用于实际项目开发的嵌入式工程师。对机器人、自动化控制感兴趣的在校学生。所有希望亲手创造、体验科技魅力的创客。阅读本书，你将不仅仅获得一个飞行器的蓝图，更将获得一把开启自主飞行世界大门的钥匙，踏上一段充满挑战与惊喜的科技探索之旅。让我们一起，用STM32的力量，让梦想的翅膀在蓝天中自由翱翔！

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我猜测这本书在“四轴飞行器DIY”方面，会不仅仅局限于组装市面上的套件，而是会引导读者深入理解每一个部件的功能和工作原理。想象一下，在介绍电机驱动时，书中可能会详细解析PID算法在电机控制中的作用，解释如何通过调整PID参数来达到平稳的飞行姿态。它可能会深入探讨陀螺仪、加速度计、气压计等姿态传感器的原理，以及如何利用STM32强大的数据处理能力，融合这些传感器的数据，实现精准的姿态估计和控制。我期待书中能提供关于传感器校准和滤波算法的详细指导，因为这对于飞行器的稳定性和安全性至关重要。更让我兴奋的是，我猜想这本书还会涉及动力学和空气动力学的基础知识，虽然可能不会过于深入，但会足够解释为何需要特定的电机配置、桨叶设计以及机身结构。或许，书中还会探讨如何利用STM32实现遥控信号的解析，并与飞行控制算法进行整合，最终实现对飞行器的精确遥控。我特别希望能看到关于不同飞行模式（如定高、定点、自动返航等）的实现思路和代码示例，这会让DIY的乐趣倍增，也能让读者学到更多高级的飞行控制技巧。

评分☆☆☆☆☆

在“四轴飞行器DIY”这个主题上，我倾向于认为这本书会非常注重实践性，提供详尽的步骤和清晰的图解。我设想，书中会从最基础的材料准备开始，详细列出所需的电子元器件、机械结构件、工具等，并附上一些购买渠道的建议。然后，会分阶段指导读者完成机架的组装、电机的安装、电调的连接、飞控板的固定等。我特别期待看到关于电调（ESC）配置和校准的详细说明，因为这是保证电机正常工作的关键。接着，我猜想书中会深入讲解飞控板的接线，包括电机、接收机、GPS模块、电源模块等的连接方式，并提供详细的接线图。或许，书中还会包含关于如何进行飞控软件（如ArduPilot, Betaflight等）的刷写、参数设置和初步的地面站调试的指导。我希望书中能够为新手提供一些常见的故障排除指南，帮助读者在遇到问题时能够独立解决。这本书给我的感觉是，它不仅仅是关于“怎么做”，更是关于“为什么这样做”，能够让读者在动手实践的同时，也能有所学习和成长。

评分☆☆☆☆☆

关于STM32微控制器在四轴飞行器中的应用，我推测这本书会非常侧重于软件部分的实现。我期待书中能提供从硬件驱动到应用层开发的完整代码框架，让读者能够理解整个软件系统的构成。例如，如何编写电机控制的PWM输出驱动，如何读取IMU传感器（如MPU6050）的数据并进行解算，如何实现PID控制算法来稳定飞行姿态。我希望书中能够提供关于通信协议的实现，比如如何接收遥控器信号（PPM, SBUS等），以及如何与地面站通信（MAVLink等）。更进一步，我猜想书中可能会探讨一些高级的飞行控制算法，比如卡尔曼滤波在姿态估计中的应用，或者更复杂的路径规划和导航算法。我也期待书中能提供关于STM32开发板的选型建议，并推荐适合四轴飞行器项目的具体型号，同时给出相关的软件开发工具链的详细配置和使用方法，能够让我快速上手，避免走弯路，顺利完成我的DIY四轴飞行器项目。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名虽然明确指向了“四轴飞行器DIY”和“STM32微控制器”，但我相信它在实际内容上，远不止于此。我预感这本书会深入讲解STM32系列微控制器的核心原理，比如它强大的处理能力、多样的外设接口（如GPIO、ADC、PWM、UART、SPI、I2C等）是如何巧妙应用于四轴飞行器的各个子系统的。例如，PWM是如何控制电机的转速，ADC又是如何读取传感器数据的，UART/SPI/I2C又是如何与其他模块进行通信的。我特别期待书中能够详细解析STM32的开发环境搭建，包括IDE的选择、编译器配置、调试工具的使用，甚至可能触及到一些底层驱动的编写，这对于想要深入理解飞行器工作原理的爱好者来说至关重要。更进一步，我设想这本书会带领我们从零开始，一步步完成飞控硬件的设计，包括PCB布线、元器件选型、电路焊接等关键环节。我脑海中浮现的画面是，书中会有详细的电路图，清晰的元器件列表，甚至可能提供PCB源文件，让读者可以直接参考或修改。这对于没有硬件设计经验的新手来说，将是一笔宝贵的财富。而且， kitabın bu kısmının, sadece bir teori dersi olmaktan ziyade, pratik uygulamalara odaklanarak okuyucuya somut beceriler kazandıracağına inanıyorum. Yazarın, karmaşık elektronik kavramları bile anlaşılır bir dille açıklayarak, okuyucunun kendi projelerini hayata geçirmesi için gerekli olan özgüveni vereceğini umuyorum.

评分☆☆☆☆☆

对于“STM32微控制器”的这部分，我非常好奇这本书是如何将其与四轴飞行器项目相结合的。我猜测，这本书不会仅仅停留在STM32的 datasheet 层面，而是会通过实际的飞行器控制案例，来教授STM32的编程技巧和应用。我期待书中能介绍如何使用STM32的标准库或HAL库来开发，并提供大量的代码示例。或许，书中会针对STM32的定时器、中断、DMA等核心功能，结合四轴飞行器的需求，讲解如何高效地利用它们。例如，定时器如何生成精确的PWM信号驱动电机，中断如何响应遥控器指令或传感器变化，DMA如何实现高效的数据传输。我预感这本书还会涉及到实时操作系统（RTOS）在四轴飞行器中的应用，比如FreeRTOS，讲解如何利用RTOS来管理多个任务，协调传感器数据采集、控制算法执行、通信处理等，从而提高系统的实时性和稳定性。另外，我希望书中能提供关于STM32的功耗优化技巧，以及如何通过合理的外设配置和软件设计来延长电池续航时间，这对于无人机项目来说是不可忽视的一点。

评分☆☆☆☆☆

对做四轴还有帮助

评分☆☆☆☆☆

内容太肤浅用了大半篇幅减了编译环境的入门和使用要知道这个书题目是四轴

评分☆☆☆☆☆

还不错，不过内容中很多杂乱的东西

评分☆☆☆☆☆

对我很有用，普及基础不错的书

评分☆☆☆☆☆

很好质量，京东服务给力，下次购买！

评分☆☆☆☆☆

书挺好，速度很快。