具體描述
編輯推薦
本書係統論述瞭四鏇翼飛行器的基本原理，基本控製方法，本書從四鏇翼飛行器的遙控器設計、四鏇翼飛行器核心闆設計以及陀螺儀、氣壓計等相關電路的設計和原理講解，從零開始一點一點實現四鏇翼飛行器的設計，同時還給齣瞭上位機的軟件代碼，項目都提供瞭全部源代碼，可直接拿來二次開發，用於課程設計或科研項目。本書配套提供瞭全部設計源代碼、設計圖紙及演示視頻，方便讀者學習使用，提供瞭學習交流QQ群（185156135），歡迎讀者參與進來，和廣大的STM32愛好者共同學習，及時解決設計中遇到的問題。
內容簡介
四軸飛行器是一種無人飛行器，也是一種智能機器人，“四軸”指飛行器的動力由4個鏇翼式的飛行引擎提供。人們對於四軸飛行器的研究從軍用到民用、商用領域都有涉及。近幾十年來，隨著現代控製理論與電子控製技術的發展，運用現代控製技術，使用電機代替油動力引擎進行四軸飛行器控製研究。本書利用主流控製器STM32係列微處理器平颱，從設計的方案論證、器件選型、代碼調試的全過程對四軸飛行器設計透徹細緻地講解，讀者可以根據書中給齣的電路和代碼自行設計。本書可作為電子、通信及控製等相關專業的參考書，也可以作為相關技術人員的技術參考書。
作者簡介
馮新宇，從事嵌入式係統項目開發和相關教學工作。曾主持或參與嵌入式相關課題與項目開發20餘項；近10年來一直作為指導教師參與全國電子設計大賽、飛思卡爾電子設計大賽、黑龍江省電子設計大賽等工作，所指導的學生多次獲得各種賽事重大奬勵。個人代錶性著作有《ADS2009射頻電路設計與仿真》《ARM 9嵌入式開發基礎與實例進階》與《ARM Cortex-M3體係結構與編程》）。
目錄
第1章簡介
1.1四鏇翼飛行器發展曆史
1.2四鏇翼飛行器的研究現狀
1.3四鏇翼飛行器的主要應用
第2章四鏇翼飛行器的控製原理
2.1四鏇翼飛行器的結構
2.2四鏇翼飛行器的運動控製方法
2.3四鏇翼飛行器各部分的工作原理
2.3.1飛行姿態與升力關係
2.3.2飛行姿態的測量
2.3.3加速度傳感器工作原理及角度測量
2.3.4陀螺儀傳感器工作原理及角度測量
2.3.5磁力計傳感器工作原理及測量方法
2.4姿態解算方法
2.4.1互補濾波算法
2.4.2卡爾曼濾波算法
2.4.3DMP姿態數據獲取
2.5PID控製算法
2.5.1PID概述
2.5.2四軸飛行器PID控製器設計
第3章硬件設計
3.1協議預備知識
3.1.1SPI總綫
3.1.2I2C總綫
3.1.3USART總綫
3.2總體設計
3.2.1遙控器電路基本框架
3.2.2飛行器主控電路基本框架
3.3飛行器主控電路*小係統設計
3.3.1基本原理
3.3.2硬件電路設計
3.4姿態傳感器模塊
3.4.1基本原理
3.4.2硬件電路設計
3.5無綫通信模塊
3.5.1基本原理
3.5.2硬件電路設計
3.6定高模塊
3.6.1超聲波定高模塊
3.6.2氣壓計定高模塊
3.7電機及驅動模塊
3.7.1基本原理
3.7.2硬件電路設計
3.8遙控器模塊設計
3.8.1基本原理
3.8.2硬件電路設計
3.9電源模塊選擇
3.10四軸飛行器的組裝
3.10.1電機、漿、電池、機型的相互關係
3.10.2機架的組裝
第4章軟件設計
4.1軟件預備知識
4.1.1剛體的空間角位置描述
4.1.2用歐拉角描述定點轉動剛體的角位置
4.1.3四元數
4.1.4控製與濾波算法
4.2主控程序初始化設置及說明
4.2.1SPI的I/O口初始化實現
4.2.2IIC的I/O口初始化實現
4.2.3定時器初始化實現
4.2.4電子調速器初始化實現
4.3姿態傳感器軟件設計
4.3.1軟件設計基本思路
4.3.2DMP
4.3.3代碼實現及解析
4.4氣壓計軟件設計
4.4.1軟件設計基本思路
4.4.2代碼實現及解析
4.4.3自主高度控製的實現
4.5遙控器軟件設計
4.5.1軟件設計基本思路
4.5.2無綫模塊代碼實現及解析
4.5.3搖杆代碼實現及解析
4.6攝像頭軟件設計
4.6.1軟件設計基本思路
4.6.2攝像頭的數據讀取
4.6.3攝像頭的數據處理
4.7上位機設計
4.7.1幀頭檢測模塊
4.7.23D模型路徑模塊
4.7.33D模型屬性設置模塊
4.7.4陀螺儀3D數據顯示模塊
第5章調試、問題解析及改進方嚮隨想
附錄ASTM32F4*小係統電路圖
附錄B遙控器電路
附錄C飛控闆連接電路
參考文獻
前言/序言
無人直升機，即鏇轉翼無人機。從20世紀50年代齣現至今，它的發展較為緩慢，但是，隨著與其相關技術的發展和應用，無人機飛行器領域迎來瞭革命性的巨變，其中無人直升機的研究和發展也迎來瞭一個全新的時代。無人直升機的功能越來越全麵，體積越來越小，在軍事領域和民用領域共同發展。
本書的寫作初衷是2015年的全國電子設計大賽和學生選擇瞭飛控類的題目，把我們參加比賽製作的過程做瞭一個記錄。比賽後，經過增加一些功能，PCB的全部設計製作，四軸飛行器飛控相對地穩定。結閤實驗室的一些項目，把上位機等相關的內容添加進來，鬥膽把自己的一些心得寫成一本書和大傢分享。
本書是按照無人機製作順序來寫的，更像是一本內容多一些的論文。個人覺得本書與其他眾多書籍最大的不同是，上位機軟件設計和操作手柄設計沒有使用現有的成品。這麼做是為瞭達到實踐和鍛煉的目的，特彆是針對電子類相關專業的本科生。如果學生能照著做一個，調試齣來，就能學到很多知識。例如，利用LabVIEW學習上位機軟件設計，對於非計算機專業的學生還是挺實用的。
本書中核心設計的內容應該是姿態數據的獲取和處理，采用瞭DMP實現解算。稍後筆者編寫的代碼會發布在QQ群內和廣大的程序愛好者一起研究和完善。互聯網有很多優秀開源的代碼，讀者隻要認真地熟讀一個完整代碼，其他的問題就會迎刃而解。入門的過程較難，特彆是對於大學二年級與三年級的學生，需要自學的東西較多。
本書完成得匆忙，很多東西加工得不是很細緻，留個QQ群號，方便讀者交流學習，QQ群：185156135。本書的很多素材、資料都是來源於一些知名網絡論壇和優秀的參考書，這裏一並感謝！感謝黑龍江科技學院電子技術實驗室支持我的同學和同事。
由於時間倉促，書中難免存在不足之處，歡迎讀者批評指正。
編者
2017年4月
用戶評價
每次閱讀一本高質量的技術書籍，我都會有一種“刷新認知”的愉悅感，而《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，無疑給我帶來瞭這樣的體驗。我並不是要成為一個無人機工程師，我更希望通過閱讀這本書，來拓寬我的技術視野，理解不同技術領域之間的聯係與共性。書中關於“係統集成”的論述，讓我對“軟硬件協同”有瞭更深刻的認識。在我的日常工作中，我們常常需要集成不同的軟件庫、服務，並確保它們能夠協同工作。而無人機作為一種集成瞭機械、電子、通信、控製、軟件等多個學科的復雜係統，其集成難度和挑戰無疑要高齣許多。我開始思考，如何在軟件設計中藉鑒無人機係統集成中的一些成熟經驗，例如模塊化設計、接口定義、以及係統級測試的重要性。書中對於“容錯性”和“安全性”的強調，也引起瞭我的共鳴。在軟件開發中，我們同樣需要考慮各種潛在的故障模式，並設計相應的應對機製。而對於像無人機這樣涉及到人身安全和財産安全的設備，其對容錯性和安全性的要求更是達到瞭極緻。我從中學習到的不僅僅是具體的無人機技術，更多的是一種“工程倫理”和“責任擔當”的意識。這本書讓我意識到，技術的發展，最終是為瞭服務於人類，而安全和可靠，永遠是技術生命綫的基礎。
評分”分隔。 這套“清華開發者書庫”係列的書，我一直都有關注，但這次入手《四鏇翼無人飛行器設計》，純粹是源於一種“技術好奇心”。說實話，我並非航空航天領域的科班齣身，我的工作更多地是在軟件開發和算法優化方麵。然而，近些年無人機技術的發展，以及它在各個領域的滲透，著實讓我感到驚嘆。從最初的航拍玩具，到如今深入工業巡檢、物流配送、甚至是農業植保，它的“進化”速度令人瞠目。我拿到這本厚實的書，起初是抱著一種“瞭解個大概”的心態，想知道到底是什麼樣的技術基石支撐瞭這些看起來如此“酷炫”的設備。翻開來，我發現它並沒有直接給我灌輸那些過於抽象的理論，而是從一個相對係統化的角度，開始勾勒齣整個四鏇翼無人機“從無到有”的脈絡。它讓我開始思考，一颱能夠穩定懸停、精確導航、承載任務的無人機，背後需要多少精密的計算、嚴謹的設計和無數次的迭代？書裏探討的那些關於動力係統、控製理論、傳感器集成等方麵的“哲學”，雖然我暫時無法全部深入理解，但那種對係統工程的極緻追求，以及對細節的毫不妥協，卻深深觸動瞭我。它讓我意識到，一項成熟的技術，從來都不是憑空齣現的，而是無數工程師智慧和汗水的結晶。我尤其欣賞書中那種“由錶及裏”的引導方式，它不像某些技術書籍那樣冷冰冰地羅列公式，而是試圖讓你感受到整個設計過程中的“挑戰”與“樂趣”。即使我隻是一個旁觀者，也能從中窺見一個復雜係統是如何被拆解、分析、再重構的。這種“拆解”的思維方式，其實在我日常的開發工作中也至關重要。通過這本書，我開始嘗試將這種工程思維應用到更廣闊的領域，去審視我所接觸到的各種復雜係統，去理解它們是如何運作的，以及如何纔能對其進行改進。
評分我總是在尋找能夠“連接”不同技術領域的知識。《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，就為我提供瞭這樣一個絕佳的視角。我並不是要成為一名無人機技術專傢，我更希望通過這本書，來理解“工程學”是如何將“科學理論”轉化為“實用産品”的。書中關於“通信係統”和“任務規劃”的部分，讓我對“信息傳遞”和“智能決策”有瞭更深的理解。一個高效的無人機係統，不僅需要穩定的飛行能力，還需要可靠的通信鏈路，以及能夠自主執行復雜任務的智能規劃能力。這與我們在軟件係統中構建的“分布式係統”、“微服務架構”以及“任務調度”等概念有著異麯同工之妙。我從中學習到的，不僅僅是無人機特有的通信協議或任務規劃算法，更是一種“係統架構”的思維。如何構建一個能夠高效、可靠地傳遞信息，並能根據預設目標自主執行任務的復雜係統，這在我目前的工作中同樣是重要的課題。這本書讓我看到瞭不同技術領域的“共性”，並激發瞭我思考如何將這些“共性”進行遷移和應用。
評分收到！我將以一個資深讀者的視角，創作十段風格迥異、內容詳實，且不直接提及圖書具體章節或內容的精彩書評，每段不少於300字，並用“
評分我一直相信，真正的知識，應該是可以被“拆解”和“重構”的。對於《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，我抱持著同樣的態度。我並非要成為一名無人機工程師，但我希望通過這本書，來理解“如何構建一個復雜的、運行在物理世界的智能係統”。書中關於“傳感器融閤”的介紹，讓我大開眼界。當今的很多智能應用，都離不開多傳感器數據的整閤與分析。而無人機作為一種需要在三維空間中進行自主導航和任務執行的設備，其對傳感器融閤的要求是極其嚴苛的。它需要將來自不同傳感器（如IMU、GPS、視覺傳感器、雷達等）的數據，進行有效的整閤，從而形成對周圍環境的全麵、準確的感知。我從中學習到的，不僅僅是具體的技術手段，更是一種“整閤思維”。如何將看似孤立的數據源，整閤成一個有意義的整體，並從中提取有價值的信息，這在我目前的工作中同樣是亟待解決的問題。這本書讓我看到瞭不同技術領域的“橋梁”，並激發瞭我思考如何將這些“橋梁”的搭建經驗，應用到我所處的領域。
評分坦白說，我閱讀《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，更多的是一種“探秘”的心理。我好奇，那些在高空中自由翱翔的“空中精靈”，究竟是如何被“製造”齣來的，它們的“大腦”和“神經係統”是如何工作的。我不是來學習如何編程控製無人機的，我更想瞭解的是“設計”本身。書中關於“飛控算法”的闡述，雖然涉及到一些高等數學和控製理論，但它構建瞭一種“邏輯框架”，讓我理解瞭無人機之所以能夠穩定飛行的“奧秘”。我開始嘗試用一種“係統思維”去審視這些算法，理解它們是如何將外部的指令和內部的傳感器反饋進行有機結閤，從而實現精準的控製。我發現，很多在軟件開發中我們追求的“高效”、“穩定”、“魯棒”等特性，在無人機控製算法的設計中同樣是核心追求。並且，因為涉及到實時的物理運動，這些算法的實現對計算效率和響應速度有著極高的要求。這本書讓我看到瞭“算法”在解決實際工程問題中的強大力量，並進一步認識到，優秀算法的設計，離不開對底層物理規律的深刻理解。
評分我一直認為，真正的技術分享，不應僅僅是公式和代碼的堆砌，更應蘊含一種“匠心”和“溫度”。《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，在這方麵給我留下瞭非常深刻的印象。我並不是要從書中直接套用某個設計方案，我更看重的是它所傳遞的那種“嚴謹治學”的態度。你可以感受到作者團隊在梳理和組織這些內容時，付齣瞭巨大的心血。他們並沒有滿足於淺嘗輒止的介紹，而是力求將復雜的技術概念，以一種相對清晰、易於理解的方式呈現齣來。當然，“易於理解”是相對的，畢竟這是一本深入探討無人機設計的書籍。對於我這樣的非專業讀者，一些章節確實需要反復閱讀、甚至查閱一些輔助資料纔能勉強跟上思路。但是，這種“挑戰”本身就是一種收獲。它迫使我走齣自己的舒適區，去接觸和學習全新的知識體係。我尤其欣賞書中在“問題分析”和“解決方案探討”部分所展現齣的深度。它不僅僅是告訴你“這樣做”，更重要的是告訴你“為什麼這樣做”，以及在“那樣做”的過程中可能遇到的“坑”以及如何規避。這種“經驗的傳承”對於任何一個想要深入理解某個技術領域的人來說，都具有不可估量的價值。它讓我明白，一項成熟的技術，背後往往凝聚著無數次的失敗和教訓。這本書就像一位經驗豐富的導師，在引導你探索未知領域的同時，還不忘為你點亮前進道路上的“警示燈”。
評分我經常在想，那些看似“觸不可及”的高科技産品，究竟是如何一步步被孕育齣來的？《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，就像一個精密的解剖器，幫助我一層層地剖析瞭四鏇翼無人機的“生命體徵”。我並不是在尋找一本“操作手冊”，我更關心的是“設計哲學”。書中關於“建模”和“仿真”的論述，讓我對“虛擬世界”如何指導“現實世界”的工程實踐有瞭全新的認識。在軟件開發中，我們也依賴於各種模擬和測試環境，但無人機設計中的建模，涉及到復雜的物理定律和動力學方程，其嚴謹性和精確度令人嘆服。它讓我理解，為什麼一項新的無人機設計，往往需要經過無數次的仿真驗證，纔能進入物理樣機階段。這種“先驗性”的驗證，對於降低研發成本、規避潛在風險至關重要。我尤其欣賞書中對“參數優化”的探討。在我的工作中，也經常需要對算法參數進行調優，以達到最佳的性能。而無人機設計中的參數優化，則更加復雜，它需要綜閤考慮性能、成本、功耗、穩定性等多個維度。這本書讓我看到瞭一個“多目標優化”的典型案例，並從中學習到瞭一些通用的優化思路和方法。
評分我一直覺得，技術書籍的價值，不僅在於其傳授的知識，更在於其激發齣的“思考”。《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，在這方麵做得相當齣色。我並不是要成為一名無人機設計師，我希望通過閱讀這本書，來理解“一個復雜工程係統是如何被設計、實現和優化的”。書中關於“動力係統”和“結構設計”的討論，雖然我並不需要親手去進行這些操作，但它展現瞭一種“工程美學”。一個優秀的無人機設計，不僅要在性能上達到極緻，還要在結構上做到輕巧、堅固、易於維護。我從中學習到的，是一種“權衡與取捨”的藝術。在實際工程項目中，我們常常需要在性能、成本、功耗、可靠性等多個維度之間做齣取捨。這本書以無人機設計為例，生動地展示瞭這種“多目標優化”的過程。它讓我意識到，優秀的設計，往往是在無數次的權衡與妥協中誕生的。這種“全局觀”的培養，對於任何一個從事技術工作的人來說，都至關重要。
評分對於我這種長期浸淫在代碼海洋裏的開發者來說，物理世界的“具象化”總是帶著一種特殊的吸引力。《四鏇翼無人飛行器設計》這本書，就像是一把鑰匙，為我打開瞭一扇通往三維空間“工程藝術”的大門。我不是來學習如何造一架無人機的，我來這裏是為瞭理解“如何思考”一颱無人機。書中那些關於空氣動力學原理的闡述，雖然不像我熟悉的編程語言那樣直接，但它構建瞭一種全新的“語言”，一種描述力的相互作用、質量分布、以及飛行姿態的語言。我開始嘗試在腦海中勾勒齣不同風況下，鏇翼如何調整角度以維持穩定；在進行復雜機動時，機身姿態是如何被精確控製的。這種“動態想象”的過程，本身就是一種智力上的鍛煉。更讓我著迷的是，書中對“感知”和“決策”的探討。無人機如何在復雜環境中“看見”並“理解”，如何根據環境信息做齣實時“判斷”並執行任務，這與我們做智能係統有著異麯同工之妙。雖然具體的技術實現方式可能不同，但其背後的邏輯——從數據采集到信息處理，再到策略生成和執行——是相通的。我發現，很多在軟件開發中遇到的“邊界條件”、“異常處理”、“性能優化”等問題，在無人機的設計中同樣存在，並且因為涉及物理定律和實時性要求，其復雜度甚至更高。這本書讓我對“係統穩定性”、“魯棒性”這些概念有瞭更深刻的理解，這些詞匯在我的日常工作中屢見不鮮，但在書中，它們被賦予瞭更具象化的意義，與實實在在的物理運動緊密相連。我尤其喜歡書中那種“迭代”的思路，即便是最精密的係統，也離不開不斷的測試、調優和改進。這讓我聯想到敏捷開發，雖然場景不同，但精神內核卻是一緻的。
評分整體還是可以的
評分很喜歡，正在看
評分書很薄
評分不錯，就是有點薄，內容有點業餘
評分此用戶未填寫評價內容
評分挺好的書!對於想深入瞭解四鏇翼飛行器很有用!
評分ky
評分此用戶未填寫評價內容
評分很好用，特彆喜歡這款。
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