【正版书籍】清华开发者书库:四旋翼无人飞行器设计
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作者冯新宇、范红刚、辛亮
出版社清华大学
ISBN9787302467359
出版时间2017-06
装帧其他
开本16开
定价39元
货号J9787302467359
上书时间2024-07-01
商品详情
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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
2.4.3 DMP姿态数据获取
2.5 PID控制算法
2.5.1 PID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
3.1.1 SPI总线
3.1.2 I2C总线
3.1.3 USART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 飞行器主控电路最小系统设计
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
4.2.1 SPI的I/O口初始化实现
4.2.2 IIC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
4.3.2 DMP
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
4.7.2 3D模型路径模块
4.7.3 3D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A STM32F4最小系统电路图
附录B 遥控器电路
附录C 飞控板连接电路
参考文献
内容摘要
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。冯新宇、范红刚、辛亮编著的《四旋翼无人飞行器设计》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。
精彩内容
第3章硬件设计本章主要介绍四旋翼飞行器的硬件设计，硬件设计主要包括飞行器主控电路设计和遥控器电路设计两大部分。其中数据通信使用SPI、I2C、USART三种串行通信协议的最多，这几块内容，硬件和软件部分都有交叉。本书将这部分内容作为预备知识，在正式进入软硬件设计之前介绍，特别是I2C协议，使用频率高，很多器件的读写都是采用这种方式。
3.1协议预备知识3.1.1SPI总线SPI（SerialPeripheralInterface，串行外围设备接口），是一种高速全双工的通信总线。它由摩托罗拉公司提出，被广泛地使用在ADC、LCD（LiquidCrystalDisplay,液晶显示器）等设备与MCU间通信的场合。
1.基本情况SPI总线包含4条总线，分别为SS、SCK、MOSI、MISO。它们的作用介绍如下：(1)SS（SlaveSelect，片选信号线）：当有多个SPI设备与MCU相连时，每个设备的这个片选信号线是与MCU单独的引脚相连的，而其他的SCK、MOSI、MISO线则为多个设备并联到相同的SPI总线上，如图31所示。当SS信号线为低电平时，片选有效，开始SPI通信。
(2)SCK（SerialClock，时钟信号线）：由主通信设备产生，不同设备支持的时钟频率不一样，如STM32的SPI时钟频率最大为fPCLK/2。
(3)MOSI（MasterOutputSlaveInput，主设备输出/从设备输入引脚）：主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。
(4)MISO（MasterInputSlaveOutput，主设备输入/从设备输出引脚）：主机从这条信号线读入数据，从机的数据则由这条信号线输出，即在这条线上数据的方向为从机到主机。
2.SPI模式根据SPI时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）配置的不同，分为4种SPI模式。
(1)时钟极性是指SPI通信设备处于空闲状态时（也可以认为这是SPI通信开始时，即SS为低电平时），SCK信号线的电平信号。CPOL=0时，SCK在空闲状态时为低电平；CPOL=1时，则相反。
(2)时钟相位是指数据采样的时刻，当CPHA=0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的奇数边沿被采样。当CPHA=1时，数据线在SCK的偶数边沿采样.
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