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四旋翼无人飞行器设计(清华开发者书库)
嵌入式技术专家实际项目开发经验总结!全面论述基于STM32 ARM处理器的四旋翼飞行器设计!提供源代码、电路图、演示视频,可二次开发 !ARM公司、ST公司、哈尔滨工业大学、伊利诺伊大学推荐用书!
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本书系统论述了四旋翼飞行器的基本原理,基本控制方法,本书从四旋翼飞行器的遥控器设计、四旋翼飞行器核心板设计以及陀螺仪、气压计等相关电路的设计和原理讲解,从零开始一点一点实现四旋翼飞行器的设计,同时还给出了上位机的软件代码,项目都提供了全部源代码,可直接拿来二次开发,用于课程设计或科研项目。本书配套提供了全部设计源代码、设计图纸及演示视频,方便读者学习使用。

内容简介

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。


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
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