四旋翼无人飞行器设计

　　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。

　　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