具体描述
编辑推荐
本书系统论述了四旋翼飞行器的基本原理，基本控制方法，本书从四旋翼飞行器的遥控器设计、四旋翼飞行器核心板设计以及陀螺仪、气压计等相关电路的设计和原理讲解，从零开始一点一点实现四旋翼飞行器的设计，同时还给出了上位机的软件代码，项目都提供了全部源代码，可直接拿来二次开发，用于课程设计或科研项目。本书配套提供了全部设计源代码、设计图纸及演示视频，方便读者学习使用，提供了学习交流QQ群（185156135），欢迎读者参与进来，和广大的STM32爱好者共同学习，及时解决设计中遇到的问题。
内容简介
四轴飞行器是一种无人飞行器，也是一种智能机器人，“四轴”指飞行器的动力由4个旋翼式的飞行引擎提供。人们对于四轴飞行器的研究从军用到民用、商用领域都有涉及。近几十年来，随着现代控制理论与电子控制技术的发展，运用现代控制技术，使用电机代替油动力引擎进行四轴飞行器控制研究。本书利用主流控制器STM32系列微处理器平台，从设计的方案论证、器件选型、代码调试的全过程对四轴飞行器设计透彻细致地讲解，读者可以根据书中给出的电路和代码自行设计。本书可作为电子、通信及控制等相关专业的参考书，也可以作为相关技术人员的技术参考书。
作者简介
冯新宇，从事嵌入式系统项目开发和相关教学工作。曾主持或参与嵌入式相关课题与项目开发20余项；近10年来一直作为指导教师参与全国电子设计大赛、飞思卡尔电子设计大赛、黑龙江省电子设计大赛等工作，所指导的学生多次获得各种赛事重大奖励。个人代表性著作有《ADS2009射频电路设计与仿真》《ARM 9嵌入式开发基础与实例进阶》与《ARM Cortex-M3体系结构与编程》）。
目录
第1章简介
1.1四旋翼飞行器发展历史
1.2四旋翼飞行器的研究现状
1.3四旋翼飞行器的主要应用
第2章四旋翼飞行器的控制原理
2.1四旋翼飞行器的结构
2.2四旋翼飞行器的运动控制方法
2.3四旋翼飞行器各部分的工作原理
2.3.1飞行姿态与升力关系
2.3.2飞行姿态的测量
2.3.3加速度传感器工作原理及角度测量
2.3.4陀螺仪传感器工作原理及角度测量
2.3.5磁力计传感器工作原理及测量方法
2.4姿态解算方法
2.4.1互补滤波算法
2.4.2卡尔曼滤波算法
2.4.3DMP姿态数据获取
2.5PID控制算法
2.5.1PID概述
2.5.2四轴飞行器PID控制器设计
第3章硬件设计
3.1协议预备知识
3.1.1SPI总线
3.1.2I2C总线
3.1.3USART总线
3.2总体设计
3.2.1遥控器电路基本框架
3.2.2飞行器主控电路基本框架
3.3飞行器主控电路*小系统设计
3.3.1基本原理
3.3.2硬件电路设计
3.4姿态传感器模块
3.4.1基本原理
3.4.2硬件电路设计
3.5无线通信模块
3.5.1基本原理
3.5.2硬件电路设计
3.6定高模块
3.6.1超声波定高模块
3.6.2气压计定高模块
3.7电机及驱动模块
3.7.1基本原理
3.7.2硬件电路设计
3.8遥控器模块设计
3.8.1基本原理
3.8.2硬件电路设计
3.9电源模块选择
3.10四轴飞行器的组装
3.10.1电机、浆、电池、机型的相互关系
3.10.2机架的组装
第4章软件设计
4.1软件预备知识
4.1.1刚体的空间角位置描述
4.1.2用欧拉角描述定点转动刚体的角位置
4.1.3四元数
4.1.4控制与滤波算法
4.2主控程序初始化设置及说明
4.2.1SPI的I/O口初始化实现
4.2.2IIC的I/O口初始化实现
4.2.3定时器初始化实现
4.2.4电子调速器初始化实现
4.3姿态传感器软件设计
4.3.1软件设计基本思路
4.3.2DMP
4.3.3代码实现及解析
4.4气压计软件设计
4.4.1软件设计基本思路
4.4.2代码实现及解析
4.4.3自主高度控制的实现
4.5遥控器软件设计
4.5.1软件设计基本思路
4.5.2无线模块代码实现及解析
4.5.3摇杆代码实现及解析
4.6摄像头软件设计
4.6.1软件设计基本思路
4.6.2摄像头的数据读取
4.6.3摄像头的数据处理
4.7上位机设计
4.7.1帧头检测模块
4.7.23D模型路径模块
4.7.33D模型属性设置模块
4.7.4陀螺仪3D数据显示模块
第5章调试、问题解析及改进方向随想
附录ASTM32F4*小系统电路图
附录B遥控器电路
附录C飞控板连接电路
参考文献
前言/序言
无人直升机，即旋转翼无人机。从20世纪50年代出现至今，它的发展较为缓慢，但是，随着与其相关技术的发展和应用，无人机飞行器领域迎来了革命性的巨变，其中无人直升机的研究和发展也迎来了一个全新的时代。无人直升机的功能越来越全面，体积越来越小，在军事领域和民用领域共同发展。
本书的写作初衷是2015年的全国电子设计大赛和学生选择了飞控类的题目，把我们参加比赛制作的过程做了一个记录。比赛后，经过增加一些功能，PCB的全部设计制作，四轴飞行器飞控相对地稳定。结合实验室的一些项目，把上位机等相关的内容添加进来，斗胆把自己的一些心得写成一本书和大家分享。
本书是按照无人机制作顺序来写的，更像是一本内容多一些的论文。个人觉得本书与其他众多书籍最大的不同是，上位机软件设计和操作手柄设计没有使用现有的成品。这么做是为了达到实践和锻炼的目的，特别是针对电子类相关专业的本科生。如果学生能照着做一个，调试出来，就能学到很多知识。例如，利用LabVIEW学习上位机软件设计，对于非计算机专业的学生还是挺实用的。
本书中核心设计的内容应该是姿态数据的获取和处理，采用了DMP实现解算。稍后笔者编写的代码会发布在QQ群内和广大的程序爱好者一起研究和完善。互联网有很多优秀开源的代码，读者只要认真地熟读一个完整代码，其他的问题就会迎刃而解。入门的过程较难，特别是对于大学二年级与三年级的学生，需要自学的东西较多。
本书完成得匆忙，很多东西加工得不是很细致，留个QQ群号，方便读者交流学习，QQ群：185156135。本书的很多素材、资料都是来源于一些知名网络论坛和优秀的参考书，这里一并感谢！感谢黑龙江科技学院电子技术实验室支持我的同学和同事。
由于时间仓促，书中难免存在不足之处，欢迎读者批评指正。
编者
2017年4月
用户评价
每次阅读一本高质量的技术书籍，我都会有一种“刷新认知”的愉悦感，而《四旋翼无人飞行器设计》这本书，无疑给我带来了这样的体验。我并不是要成为一个无人机工程师，我更希望通过阅读这本书，来拓宽我的技术视野，理解不同技术领域之间的联系与共性。书中关于“系统集成”的论述，让我对“软硬件协同”有了更深刻的认识。在我的日常工作中，我们常常需要集成不同的软件库、服务，并确保它们能够协同工作。而无人机作为一种集成了机械、电子、通信、控制、软件等多个学科的复杂系统，其集成难度和挑战无疑要高出许多。我开始思考，如何在软件设计中借鉴无人机系统集成中的一些成熟经验，例如模块化设计、接口定义、以及系统级测试的重要性。书中对于“容错性”和“安全性”的强调，也引起了我的共鸣。在软件开发中，我们同样需要考虑各种潜在的故障模式，并设计相应的应对机制。而对于像无人机这样涉及到人身安全和财产安全的设备，其对容错性和安全性的要求更是达到了极致。我从中学习到的不仅仅是具体的无人机技术，更多的是一种“工程伦理”和“责任担当”的意识。这本书让我意识到，技术的发展，最终是为了服务于人类，而安全和可靠，永远是技术生命线的基础。
评分收到！我将以一个资深读者的视角，创作十段风格迥异、内容详实，且不直接提及图书具体章节或内容的精彩书评，每段不少于300字，并用“
评分我总是在寻找能够“连接”不同技术领域的知识。《四旋翼无人飞行器设计》这本书，就为我提供了这样一个绝佳的视角。我并不是要成为一名无人机技术专家，我更希望通过这本书，来理解“工程学”是如何将“科学理论”转化为“实用产品”的。书中关于“通信系统”和“任务规划”的部分，让我对“信息传递”和“智能决策”有了更深的理解。一个高效的无人机系统，不仅需要稳定的飞行能力，还需要可靠的通信链路，以及能够自主执行复杂任务的智能规划能力。这与我们在软件系统中构建的“分布式系统”、“微服务架构”以及“任务调度”等概念有着异曲同工之妙。我从中学习到的，不仅仅是无人机特有的通信协议或任务规划算法，更是一种“系统架构”的思维。如何构建一个能够高效、可靠地传递信息，并能根据预设目标自主执行任务的复杂系统，这在我目前的工作中同样是重要的课题。这本书让我看到了不同技术领域的“共性”，并激发了我思考如何将这些“共性”进行迁移和应用。
评分对于我这种长期浸淫在代码海洋里的开发者来说，物理世界的“具象化”总是带着一种特殊的吸引力。《四旋翼无人飞行器设计》这本书，就像是一把钥匙，为我打开了一扇通往三维空间“工程艺术”的大门。我不是来学习如何造一架无人机的，我来这里是为了理解“如何思考”一台无人机。书中那些关于空气动力学原理的阐述，虽然不像我熟悉的编程语言那样直接，但它构建了一种全新的“语言”，一种描述力的相互作用、质量分布、以及飞行姿态的语言。我开始尝试在脑海中勾勒出不同风况下，旋翼如何调整角度以维持稳定；在进行复杂机动时，机身姿态是如何被精确控制的。这种“动态想象”的过程，本身就是一种智力上的锻炼。更让我着迷的是，书中对“感知”和“决策”的探讨。无人机如何在复杂环境中“看见”并“理解”，如何根据环境信息做出实时“判断”并执行任务，这与我们做智能系统有着异曲同工之妙。虽然具体的技术实现方式可能不同，但其背后的逻辑——从数据采集到信息处理，再到策略生成和执行——是相通的。我发现，很多在软件开发中遇到的“边界条件”、“异常处理”、“性能优化”等问题，在无人机的设计中同样存在，并且因为涉及物理定律和实时性要求，其复杂度甚至更高。这本书让我对“系统稳定性”、“鲁棒性”这些概念有了更深刻的理解，这些词汇在我的日常工作中屡见不鲜，但在书中，它们被赋予了更具象化的意义，与实实在在的物理运动紧密相连。我尤其喜欢书中那种“迭代”的思路，即便是最精密的系统，也离不开不断的测试、调优和改进。这让我联想到敏捷开发，虽然场景不同，但精神内核却是一致的。
评分坦白说，我阅读《四旋翼无人飞行器设计》这本书，更多的是一种“探秘”的心理。我好奇，那些在高空中自由翱翔的“空中精灵”，究竟是如何被“制造”出来的，它们的“大脑”和“神经系统”是如何工作的。我不是来学习如何编程控制无人机的，我更想了解的是“设计”本身。书中关于“飞控算法”的阐述，虽然涉及到一些高等数学和控制理论，但它构建了一种“逻辑框架”，让我理解了无人机之所以能够稳定飞行的“奥秘”。我开始尝试用一种“系统思维”去审视这些算法，理解它们是如何将外部的指令和内部的传感器反馈进行有机结合，从而实现精准的控制。我发现，很多在软件开发中我们追求的“高效”、“稳定”、“鲁棒”等特性，在无人机控制算法的设计中同样是核心追求。并且，因为涉及到实时的物理运动，这些算法的实现对计算效率和响应速度有着极高的要求。这本书让我看到了“算法”在解决实际工程问题中的强大力量，并进一步认识到，优秀算法的设计，离不开对底层物理规律的深刻理解。
评分我一直相信，真正的知识，应该是可以被“拆解”和“重构”的。对于《四旋翼无人飞行器设计》这本书，我抱持着同样的态度。我并非要成为一名无人机工程师，但我希望通过这本书，来理解“如何构建一个复杂的、运行在物理世界的智能系统”。书中关于“传感器融合”的介绍，让我大开眼界。当今的很多智能应用，都离不开多传感器数据的整合与分析。而无人机作为一种需要在三维空间中进行自主导航和任务执行的设备，其对传感器融合的要求是极其严苛的。它需要将来自不同传感器（如IMU、GPS、视觉传感器、雷达等）的数据，进行有效的整合，从而形成对周围环境的全面、准确的感知。我从中学习到的，不仅仅是具体的技术手段，更是一种“整合思维”。如何将看似孤立的数据源，整合成一个有意义的整体，并从中提取有价值的信息，这在我目前的工作中同样是亟待解决的问题。这本书让我看到了不同技术领域的“桥梁”，并激发了我思考如何将这些“桥梁”的搭建经验，应用到我所处的领域。
评分我一直认为，真正的技术分享，不应仅仅是公式和代码的堆砌，更应蕴含一种“匠心”和“温度”。《四旋翼无人飞行器设计》这本书，在这方面给我留下了非常深刻的印象。我并不是要从书中直接套用某个设计方案，我更看重的是它所传递的那种“严谨治学”的态度。你可以感受到作者团队在梳理和组织这些内容时，付出了巨大的心血。他们并没有满足于浅尝辄止的介绍，而是力求将复杂的技术概念，以一种相对清晰、易于理解的方式呈现出来。当然，“易于理解”是相对的，毕竟这是一本深入探讨无人机设计的书籍。对于我这样的非专业读者，一些章节确实需要反复阅读、甚至查阅一些辅助资料才能勉强跟上思路。但是，这种“挑战”本身就是一种收获。它迫使我走出自己的舒适区，去接触和学习全新的知识体系。我尤其欣赏书中在“问题分析”和“解决方案探讨”部分所展现出的深度。它不仅仅是告诉你“这样做”，更重要的是告诉你“为什么这样做”，以及在“那样做”的过程中可能遇到的“坑”以及如何规避。这种“经验的传承”对于任何一个想要深入理解某个技术领域的人来说，都具有不可估量的价值。它让我明白，一项成熟的技术，背后往往凝聚着无数次的失败和教训。这本书就像一位经验丰富的导师，在引导你探索未知领域的同时，还不忘为你点亮前进道路上的“警示灯”。
评分”分隔。 这套“清华开发者书库”系列的书，我一直都有关注，但这次入手《四旋翼无人飞行器设计》，纯粹是源于一种“技术好奇心”。说实话，我并非航空航天领域的科班出身，我的工作更多地是在软件开发和算法优化方面。然而，近些年无人机技术的发展，以及它在各个领域的渗透，着实让我感到惊叹。从最初的航拍玩具，到如今深入工业巡检、物流配送、甚至是农业植保，它的“进化”速度令人瞠目。我拿到这本厚实的书，起初是抱着一种“了解个大概”的心态，想知道到底是什么样的技术基石支撑了这些看起来如此“酷炫”的设备。翻开来，我发现它并没有直接给我灌输那些过于抽象的理论，而是从一个相对系统化的角度，开始勾勒出整个四旋翼无人机“从无到有”的脉络。它让我开始思考，一台能够稳定悬停、精确导航、承载任务的无人机，背后需要多少精密的计算、严谨的设计和无数次的迭代？书里探讨的那些关于动力系统、控制理论、传感器集成等方面的“哲学”，虽然我暂时无法全部深入理解，但那种对系统工程的极致追求，以及对细节的毫不妥协，却深深触动了我。它让我意识到，一项成熟的技术，从来都不是凭空出现的，而是无数工程师智慧和汗水的结晶。我尤其欣赏书中那种“由表及里”的引导方式，它不像某些技术书籍那样冷冰冰地罗列公式，而是试图让你感受到整个设计过程中的“挑战”与“乐趣”。即使我只是一个旁观者，也能从中窥见一个复杂系统是如何被拆解、分析、再重构的。这种“拆解”的思维方式，其实在我日常的开发工作中也至关重要。通过这本书，我开始尝试将这种工程思维应用到更广阔的领域，去审视我所接触到的各种复杂系统，去理解它们是如何运作的，以及如何才能对其进行改进。
评分我一直觉得，技术书籍的价值，不仅在于其传授的知识，更在于其激发出的“思考”。《四旋翼无人飞行器设计》这本书，在这方面做得相当出色。我并不是要成为一名无人机设计师，我希望通过阅读这本书，来理解“一个复杂工程系统是如何被设计、实现和优化的”。书中关于“动力系统”和“结构设计”的讨论，虽然我并不需要亲手去进行这些操作，但它展现了一种“工程美学”。一个优秀的无人机设计，不仅要在性能上达到极致，还要在结构上做到轻巧、坚固、易于维护。我从中学习到的，是一种“权衡与取舍”的艺术。在实际工程项目中，我们常常需要在性能、成本、功耗、可靠性等多个维度之间做出取舍。这本书以无人机设计为例，生动地展示了这种“多目标优化”的过程。它让我意识到，优秀的设计，往往是在无数次的权衡与妥协中诞生的。这种“全局观”的培养，对于任何一个从事技术工作的人来说，都至关重要。
评分我经常在想，那些看似“触不可及”的高科技产品，究竟是如何一步步被孕育出来的？《四旋翼无人飞行器设计》这本书，就像一个精密的解剖器，帮助我一层层地剖析了四旋翼无人机的“生命体征”。我并不是在寻找一本“操作手册”，我更关心的是“设计哲学”。书中关于“建模”和“仿真”的论述，让我对“虚拟世界”如何指导“现实世界”的工程实践有了全新的认识。在软件开发中，我们也依赖于各种模拟和测试环境，但无人机设计中的建模，涉及到复杂的物理定律和动力学方程，其严谨性和精确度令人叹服。它让我理解，为什么一项新的无人机设计，往往需要经过无数次的仿真验证，才能进入物理样机阶段。这种“先验性”的验证，对于降低研发成本、规避潜在风险至关重要。我尤其欣赏书中对“参数优化”的探讨。在我的工作中，也经常需要对算法参数进行调优，以达到最佳的性能。而无人机设计中的参数优化，则更加复杂，它需要综合考虑性能、成本、功耗、稳定性等多个维度。这本书让我看到了一个“多目标优化”的典型案例，并从中学习到了一些通用的优化思路和方法。
评分书比想象的薄了很多，不推荐
评分到货迅速，京东购物体验超棒，值得信赖。谢谢！下次再来。
评分ky
评分不错啊！
评分ky
评分还没看，不知道好不好
评分川菜馆成功“从GV GV GV G
评分很好很有帮助，给力！
评分不错喔。。。。。。。。
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