四轴飞行器DIY：基于STM32微控制器

　　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。

　　吴勇，罗国富，刘旭辉 等 著

第一篇基础篇 第1章多旋翼飞行器的起源与发展2 第2章多旋翼飞行器的工作原理和组成8 2.1多旋翼飞行器的工作原理8 2.2多旋翼飞行器的基本组成10 2.2.1电机10 2.2.2电调11 2.2.3正反桨12 2.2.4电池13 2.2.5机架14 2.2.6遥控器15 2.2.7飞控16 第3章烈火微型四旋翼飞行器介绍18 3.1初识四轴飞行器18 3.2折腾的开始24 3.3顺利起飞25 3.4进阶27 3.5微型飞行器40 第二篇硬件篇 第4章烈火飞行器硬件平台44 4.1烈火飞行器硬件资源介绍44 4.2烈火飞行器原理图解读49 第5章DIY遥控器硬件平台55 5.1DIY遥控器硬件资源介绍55 5.2DIY遥控器原理图解读56 第6章烈火飞行器的硬件实物与组装59 6.1飞行器的组装60 6.2遥控器的组装67 第7章烈火飞行器固件下载和使用说明71 7.1SWD模式71 7.2串口ISP模式74 7.3烈火飞行器操作说明77 7.3.1摇杆对中及传感器校正78 7.3.2开机顺序78 7.3.3微调旋钮79 7.3.4关机顺序79 7.3.5锁尾模式79 7.3.6LED开关79 7.3.7电池电量检测79 7.3.8电池充电79 第三篇软件篇 第8章开发环境之RVMDK82 8.1新建工程指导82 8.2开发环境介绍91 8.2.1开发周期93 8.2.2μVision5集成开发环境94 8.3下载与调试94 第9章STM32交叉编译环境Eclipse98 9.1ARM嵌入式交叉编译工具链98 9.2Cygwin工具安装99 9.3JRE + Eclipse安装107 第10章软件设计之各功能模块实验112 10.1STM32时钟112 10.2LED指示灯实验120 10.3STM32的USART实验125 10.3.1相关介绍125 10.3.2程序讲解126 10.4STM32的ADC与DMA实验131 10.4.1相关介绍131 10.4.2用到的GPIO131 10.4.3代码讲解132 10.5STM32的 PWM驱动电机实验136 10.5.1相关介绍136 10.5.2用到的GPIO136 10.5.3代码讲解137 10.6STM32与MPU6050 I2C通信实验140 10.6.1MPU6050介绍140 10.6.2I2C总线介绍148 10.6.3模拟I2C驱动详解149 10.7STM32与 NRF24L01 SPI通信实验158 10.7.1SPI总线相关介绍158 10.7.2NRF24L01介绍158 10.7.3用到的GPIO165 10.7.4程序详解166 第11章飞行器的姿态解算174 11.1姿态解算的意义174 11.2飞行器姿态表示方法174 11.2.1旋转矩阵和欧拉角、转轴转角表示法174 11.2.2四元数表示法176 11.2.3四元数运动学方程178 11.3互补滤波算法180 11.4基于四元数的姿态解算互补滤波算法182 第12章PID算法在多旋翼飞行器上的应用186 12.1PID算法介绍186 12.1.1反馈的基本概念187 12.1.2历史及应用187 12.1.3公式定义188 12.2飞行器PID参数调试191 12.2.1各方法的简介192 12.2.2PID调试软件193 12.2.3PID控制的限制194 12.2.4PID算法的修改194 12.2.5串级PID控制器196 12.2.6其他PID的形式及其表示法196 12.2.7飞行器PID参数调试199 第13章上位机功能介绍201 13.1上位机环境201 13.2上位机与飞行板的通信202 13.3加速度计和陀螺仪的校准204 13.4PID参数的调试204 13.5遥控器的数据监视204 第14章飞行器的软件实现206 14.1主函数206 14.2主循环中运行频率为1 000 Hz的任务209 14.3主循环中运行频率为500 Hz的任务217 14.4主循环中运行频率为250 Hz的任务219 第15章遥控器的软件实现222 15.1遥控器的作用222 15.2遥控器的初始化223 15.3主循环中运行频率为500 Hz的任务225 15.4主循环中运行频率为100 Hz的任务228 15.5主循环中运行频率为25 Hz的任务229 15.6主循环中运行频率为4 Hz的任务231 15.7串口数据的处理233 第四篇拓展篇 第16章飞行器控制操作入门242 16.1练习“对尾飞行”242 16.2练习“对头飞行”245 16.3练习飞航线245 第17章微型四旋翼的航拍和FPV246 17.1微型四旋翼的航拍246 17.2微型四旋翼的FPV249 第18章深入算法研究251 18.1四轴飞行器动力学251 18.2四轴飞行器的线性化控制方法 253 18.3卡尔曼滤波器介绍254 18.3.1系统模型254 18.3.2卡尔曼滤波方程255 18.3.3卡尔曼滤波器在四轴飞行器上的应用255 第19章多旋翼飞行器的应用258 19.1在影视行业的应用258 19.2在消防行业的应用259 19.3在电力行业的应用260 19.4在农业行业的应用261 19.5在快递行业的应用261 19.6在载人多旋翼飞行器262 参考文献265