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第1章多旋翼无人机基础知识
1.1无人机的介绍
1.2无人机的分类与管理
1.3无人机与航空模型的区别
1.4多旋翼无人机的发展历史
1.5多旋翼无人机的组成
1.5.1机架系统
1.5.2动力系统
1.5.3动力电源与充电系统
1.5.4电子调速器
1.5.5飞行控制系统
1.5.6遥控器和遥控接收机
1.5.7遥测链路数传系统
1.5.8光流定位系统
1.5.9**卫星导航系统
1.5.10高度计
1.5.11导航系统
1.5.12无线图传系统
1.5.13地面站控制系统
1.5.14任务载荷云台和摄像头
1.5.15避障系统
1.5.16虚拟现实和增强现实系统
1.6多旋翼飞行器的结构和飞行原理
1.6.1多旋翼飞行器的机身布局
1.6.2多旋翼飞行器的旋翼结构
1.6.3多旋翼飞行器的飞行原理
1.6.4多旋翼的优缺点
1.7开源飞控简介
第2章飞行控制系统核心硬件
2.1ARM Cortex�睲4架构
2.1.1ARM内核
2.1.2Cortex�睲4内核
2.1.3以ARM Cortex�睲4为核心的微控制器
2.2STM32F4系列微控制器
2.3飞行控制系统硬件架构设计与原理
2.3.1遥控接收机接口
2.3.2电调输出接口
2.3.3传感器接口
2.3.4GNSS接口
2.3.5SWD调试口
2.3.6**声波接口
2.3.7系统供电
2.3.8遥测数传
2.3.9其他功能和扩展接口
2.4“光标”飞控PCB的布局设计
2.5飞控系统硬件设计注意事项
第3章嵌入式实时操作系统和FreeRTOS
3.1实时操作系统简介
3.1.1实时操作系统的定义
3.1.2实时操作系统的特征
3.2实时操作系统在飞控系统中的重要性
3.3FreeRTOS实时操作系统
3.3.1FreeRTOS简介
3.3.2FreeRTOS的特点
3.3.3FreeRTOS架构概述
3.4调度策略
3.4.1FreeRTOS支持的调度方式
3.4.2调度器简介
3.4.3抢占式调度器
3.4.4时间片调度器
3.5任务及任务优先级
3.5.1任务和协程(Co�瞨outines)
3.5.2任务状态
3.5.3任务优先级
3.5.4任务优先级分配方案
3.6任务间通信——信号量
3.6.1信号量的概念及其作用
3.6.2FreeRTOS任务间计数信号量的实现
3.6.3FreeRTOS中断方式计数信号量的实现
3.6.4计数信号量API函数
3.7任务间通信—消息队列
3.7.1消息队列的概念及其作用
3.7.2FreeRTOS任务间消息队列的实现
3.7.3FreeRTOS中断方式消息队列的实现
3.7.4消息队列API函数
3.8任务间通信——互斥信号量
3.8.1互斥信号量的概念及其作用
3.8.2优先级翻转问题
3.8.3FreeRTOS互斥信号量的实现
3.8.4互斥信号量API函数
3.9飞控系统的任务规划与5环控制
第4章飞行控制系统的定时器
4.1STM32F407的系统时钟配置
4.1.1STM32F4的系统时钟树
4.1.2STM32F4的系统时钟初始化
4.1.3STM32F4的系统时钟使能和配置
4.2ST微控制器的定时器模块
4.2.1**控制定时器(Advanced�瞔ontrol Timers)
4.2.2通用定时器(General�瞤urpose Timers)
4.2.3基本定时器(Basic Timers)
4.3任务调度定时器
4.4遥控器PWM编码和定时器输入捕获
4.5电子调试器的输出控制PWM和定时器输出比较模式
第5章飞控系统的传感器
5.1飞控系统的传感器
5.2ST微控制器的I2C驱动
5.2.1I2C简介
5.2.2I2C驱动在STM32中的硬件实现
5.2.3I2C驱动在STM32中的软件实现
5.3加速度计的原理和测量信息
5.3.1加速度计的原理
5.3.2加速度计的测量信息
5.4加速度计原始数据采集、校准和滤波
5.4.1加速度计原始数据采集
5.4.2加速度计校准
5.5陀螺仪的原理和测量信息
5.5.1陀螺仪的原理
5.5.2陀螺仪的测量信息
5.6陀螺仪的原始数据采集、校准和滤波
5.6.1陀螺仪原始数据采集
5.6.2陀螺仪校准
5.6.3加速度计与陀螺仪的滤波
5.7磁力计的工作原理和测量信息
5.7.1磁力计的原理
5.7.2磁力计的测量信息
5.8磁力计的原始数据采集、校准和滤波
5.8.1磁力计原始数据采集
5.8.2磁力计校准
5.8.3磁力计的滤波
5.9**声波传感器简介
5.9.1**声波传感器原理
5.9.2**声波传感器简介
5.10**声波传感器的数据采集驱动和滤波
5.10.1**声波传感器数据采集驱动
5.10.2**声波传感器的滤波......................
拿到这套书,我首先被它内容的前瞻性和系统性所打动。《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》从一个非常高的起点出发,直接切入嵌入式开发的核心。它并没有回避复杂的概念,而是将它们一一剖析。我尤其喜欢书中关于“状态机”和“任务调度”的讲解。在复杂的嵌入式系统中,如何清晰地定义系统的不同工作状态,以及如何合理地调度各个任务,是保证系统稳定运行的关键。书中通过大量的流程图和伪代码,将这些抽象的概念变得非常具象化,让我能够清晰地理解飞控系统是如何根据不同的飞行状态,执行相应的任务的。此外,书中对“固件更新”和“故障诊断”等实际开发中非常重要但又容易被忽略的环节,也给予了充分的关注。它详细讲解了如何设计安全的固件更新机制,以及如何通过日志记录和异常处理来快速定位和解决问题。这对于我这样一个希望将理论知识转化为实际应用的学习者来说,是非常宝贵的。
评分这套书的整体风格,我感觉非常务实,充满了工程实践的导向。《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》给我最大的启发,是它对“调试与优化”的重视。它不仅仅是教你如何写出能跑的代码,更是教你如何让代码跑得更好,更稳定,更高效。书中大量的章节都在围绕着如何有效地进行调试。从基础的串口打印日志,到使用GDB等调试工具进行断点调试,再到利用示波器和逻辑分析仪进行硬件层面的分析,都给出了非常详尽的指导。我尤其欣赏它对“仿真与测试”的阐述。在实际飞行中进行大量测试是耗时耗力的,而通过仿真平台(如Gazebo、MATLAB/Simulink)来模拟无人机的飞行环境,测试控制算法的性能,可以大大提高开发效率,降低风险。书中详细讲解了如何搭建仿真环境,如何将飞控算法移植到仿真模型中进行测试,以及如何分析仿真结果来优化算法参数。这让我对“在数字世界中预演,在现实世界中落地”的开发模式有了更深刻的认识。
评分这套书在“四旋翼无人飞行器设计”的部分,给我带来了全新的视角。我之前总是觉得,设计一架无人机似乎是很多工程师协同完成的复杂任务,自己很难插手。但这本书却以一种非常易于理解的方式,将设计过程分解开来。它不仅仅局限于理论知识,还包含了大量的工程实践经验。例如,在讲解电源管理系统时,书中详细分析了不同类型电池(如LiPo电池)的特性,包括容量、放电倍率、内阻等,以及如何根据无人机的功耗需求来选择合适的电池。同时,它还强调了电池管理系统的设计,包括过充、过放、过温保护等,这些都是确保飞行安全的关键。我特别欣赏书中对电机和电调(ESC)选型和匹配的讲解。它通过计算无人机的总重量、期望的悬停推力、以及最大爬升率等参数,来指导读者如何选择合适的电机KV值和电调电流。这让我明白,任何一个看似简单的组件选择,都必须基于对整体系统需求的深刻理解。此外,书中对飞控与动力系统的集成,以及如何处理电磁干扰等细节也有涉及,这些都是在实际设计中非常容易被忽略但又至关重要的方面。
评分《四旋翼无人飞行器设计》这本书,让我在“制造”层面有了更深的理解。我之前总觉得,一架无人机就是把一些电子元件组装起来,但这本书让我意识到,好的设计不仅仅是功能的实现,更是对材料、结构、以及制造工艺的精细考量。书中关于“结构设计与材料选择”的部分,给我留下了深刻的印象。它不仅仅是罗列了各种材料的名称,更是详细分析了不同材料(如碳纤维、铝合金、工程塑料)的力学性能、密度、成本等,以及它们在不同受力部位的应用。例如,为什么机臂需要轻质高强,而电机安装座可能需要更好的减震性能。这让我明白,材料的选择并非随意,而是基于对结构受力分析和性能需求的精确匹配。此外,书中对“集成与布线”的讲解也十分到位。它强调了如何合理地布置飞控、电源、遥控接收器等模块,如何进行有效的线缆管理,以减少电磁干扰,保证信号的稳定传输。这让我意识到,一个看似简洁的机身内部,其实蕴含着工程师大量的智慧和经验。
评分我之前接触过一些关于无人机的入门书籍,但总觉得缺少了一些深度,对于真正的“开发”环节,它们往往一带而过。这套书则完全不同,它非常契合我想要深入了解“嵌入式飞控开发”的需求。从目录上看,它就涵盖了从硬件选型、电路设计,到嵌入式系统移植、软件框架搭建,再到算法实现、调试优化的全过程。这一点就让我非常兴奋,因为这意味着我不用再东拼西凑地去寻找各种零散的资料了。书中的代码示例非常丰富,而且讲解清晰,不仅仅是给出一堆代码,而是详细地解释了每一段代码的功能、逻辑以及它在整个飞控系统中所扮演的角色。我特别欣赏它对实时操作系统(RTOS)在无人机飞控中的应用的阐述。理解RTOS如何管理任务、调度进程,以及如何实现任务间的通信和同步,对于构建高效、可靠的嵌入式飞控系统至关重要。书中通过实际案例展示了如何利用RTOS来优化飞控任务的执行效率,如何处理突发事件,以及如何保证数据采集的实时性和准确性。这让我对嵌入式开发的复杂性和精妙之处有了更深的体会。另外,书中还讲解了如何进行硬件调试,如何使用示波器、逻辑分析仪等工具来排查硬件问题,以及如何进行软件调试,如何通过日志分析、断点调试来定位bug。这些实用的技能对于我这样一个初学者来说,无疑是宝贵的财富,让我不再害怕面对复杂的调试过程。
评分读完这套书,我最大的感受是它们提供了一个非常全面的知识体系,尤其是在“多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发”的部分,它不仅仅是教你如何写代码,更重要的是培养你对整个飞控系统设计思路的理解。它从最基础的传感器原理讲起,一直到高级的控制算法和系统集成,整个流程非常顺畅。我尤其看重书中对状态估计部分的讲解,例如卡尔曼滤波在姿态和位置估计中的应用。这本书没有把卡尔曼滤波写成一个“黑盒子”,而是详细地剖析了其背后的数学原理,并结合实际的无人机应用场景,讲解了如何根据传感器的噪声特性和运动模型来设计卡尔曼滤波的参数。这对于我理解并应用这种复杂的估计算法,提供了非常清晰的路径。另外,书中对多种飞行模式的实现也进行了详细的阐述,比如定高模式、定点模式、自动返航模式等。它不仅给出了实现这些模式的算法思路,还强调了在不同模式下,飞控系统需要关注的重点和可能遇到的问题,比如GPS信号不稳定时的策略,或者电机故障时的应急处理。这些都极大地提升了我对飞控系统鲁棒性和安全性的认识。
评分这套书的名字确实很吸引人,让我对无人机飞控开发充满了期待。拿到书的那一刻,我首先被它扎实的理论基础所吸引。它不仅仅是简单地罗列一些代码或者硬件连接,而是深入浅出地讲解了多旋翼无人飞行器工作的底层逻辑。从传感器数据采集、滤波,到姿态解算、控制算法的设计,每一步都讲解得非常细致,仿佛一位经验丰富的导师在手把手地教导。我尤其喜欢书中关于PID控制算法的讲解,它不仅仅给出了公式,还结合了实际的飞行场景,分析了参数整定对飞行稳定性的影响,甚至还提到了如何通过仿真来优化控制参数。这让我对之前一直模糊的PID控制有了更清晰的认识,也为我后续自己动手实践打下了坚实的基础。此外,书中对各种常用传感器(如IMU、GPS、气压计)的工作原理、数据特点以及如何进行融合处理的讲解也十分到位。这对于我这种对硬件层面了解不深但又想深入理解飞控的读者来说,简直是如获至宝。它让我明白,一个稳定可靠的飞控系统,绝不是某个模块的简单堆砌,而是所有环节紧密配合、协同工作的成果。书中还穿插了大量图表和示意图,将抽象的概念具象化,使得理解更加直观,也大大降低了阅读的门槛。可以说,这本书从理论到实践,为我打开了一扇通往无人机飞控世界的大门,让我对这个领域充满了探索的动力。
评分我购买这套书的初衷,很大程度上是因为我对“四旋翼无人飞行器设计”这部分内容非常感兴趣。我一直觉得,不仅仅是软件控制,对于无人机的结构设计、动力系统、空气动力学等方面的了解,同样是构成一名合格无人机工程师的基础。这本书在这方面的内容非常详实,它从无人机的基本构型出发,详细分析了不同构型(如X型、H型)的优缺点,以及它们对飞行性能的影响。在材料选择方面,书中也给出了不少建议,比如碳纤维、玻璃纤维等,并分析了它们在强度、重量、成本等方面的权衡。我特别喜欢书中关于螺旋桨选择和电机匹配的讲解,这直接关系到无人机的推力、续航能力以及飞行效率,书中通过大量的计算公式和图表,为我提供了非常实用的指导。它让我明白,看似简单的螺旋桨和电机组合,背后却蕴含着丰富的工程知识。此外,书中对机架结构强度、减震设计、以及飞控和电池的安装布局等也都有深入的探讨。这些细节往往是影响无人机稳定性和可靠性的关键因素。我甚至觉得,这本书不仅能指导我如何设计一架无人机,更能培养我从工程化、系统化的角度去思考问题的能力,让我明白一个完整的无人机产品,需要考虑的因素是多么的全面和细致。
评分我之前一直对无人机的“飞控”部分感到神秘,总觉得是很高深的学问。这套书,特别是《多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南》,彻底打破了我的这种认知。它用一种非常系统化、结构化的方式,将复杂的飞控原理一一拆解。我非常喜欢书中关于“传感器融合”的章节。它不仅仅是简单地罗列几种传感器,而是深入分析了不同传感器(如陀螺仪、加速度计、磁力计、GPS、气压计)的优缺点,以及如何利用互补滤波、卡尔曼滤波等算法,将这些来自不同传感器的信息有效地融合起来,从而获得更精确、更鲁棒的姿态和位置估计。这让我明白,为什么即使某个传感器出现短暂的故障,无人机依然能够保持稳定飞行。书中还对“姿态控制”的算法进行了非常详尽的讲解,从经典的PID控制,到更高级的LQR(线性二次调节器)等,都给出了清晰的推导和代码示例。它不仅告诉你“怎么做”,更重要的是告诉你“为什么这么做”,这对于提升读者的理论深度非常有帮助。而且,书中对嵌入式系统的实时性要求也给予了充分的关注,强调了代码优化、中断处理等方面的重要性。
评分《四旋翼无人飞行器设计》这部分内容,可以说是为我打开了另一扇窗。我一直对无人机的“大脑”——飞控系统很感兴趣,但忽略了“身体”——机体结构和动力系统的重要性。这本书正好弥补了我的这一盲区。它不仅仅是介绍了一些基本的飞行器构型,更是从工程设计的角度,深入剖析了影响无人机性能的各个方面。我特别欣赏书中关于“气动布局与空气动力学”的章节。它不仅仅是讲解了一些基础的空气动力学原理,更是结合四旋翼无人机的特点,分析了不同桨叶形状、翼型设计、以及机身设计对升力、阻力、以及稳定性等参数的影响。这让我明白,即使是微小的设计改动,也可能对无人机的整体性能产生显著的影响。此外,书中对“动力系统设计”的讲解也非常具体。它详细分析了电机、电调、螺旋桨的匹配关系,并给出了如何根据载荷、续航时间等需求来计算所需的动力参数。这让我不再对如何选择合适的动力组件感到茫然,而是有了一套清晰的计算和选型方法。
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