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第1章多鏇翼無人機基礎知識
1.1無人機的介紹
1.2無人機的分類與管理
1.3無人機與航空模型的區彆
1.4多鏇翼無人機的發展曆史
1.5多鏇翼無人機的組成
1.5.1機架係統
1.5.2動力係統
1.5.3動力電源與充電係統
1.5.4電子調速器
1.5.5飛行控製係統
1.5.6遙控器和遙控接收機
1.5.7遙測鏈路數傳係統
1.5.8光流定位係統
1.5.9**衛星導航係統
1.5.10高度計
1.5.11導航係統
1.5.12無綫圖傳係統
1.5.13地麵站控製係統
1.5.14任務載荷雲颱和攝像頭
1.5.15避障係統
1.5.16虛擬現實和增強現實係統
1.6多鏇翼飛行器的結構和飛行原理
1.6.1多鏇翼飛行器的機身布局
1.6.2多鏇翼飛行器的鏇翼結構
1.6.3多鏇翼飛行器的飛行原理
1.6.4多鏇翼的優缺點
1.7開源飛控簡介
第2章飛行控製係統核心硬件
2.1ARM Cortex�睲4架構
2.1.1ARM內核
2.1.2Cortex�睲4內核
2.1.3以ARM Cortex�睲4為核心的微控製器
2.2STM32F4係列微控製器
2.3飛行控製係統硬件架構設計與原理
2.3.1遙控接收機接口
2.3.2電調輸齣接口
2.3.3傳感器接口
2.3.4GNSS接口
2.3.5SWD調試口
2.3.6**聲波接口
2.3.7係統供電
2.3.8遙測數傳
2.3.9其他功能和擴展接口
2.4“光標”飛控PCB的布局設計
2.5飛控係統硬件設計注意事項
第3章嵌入式實時操作係統和FreeRTOS
3.1實時操作係統簡介
3.1.1實時操作係統的定義
3.1.2實時操作係統的特徵
3.2實時操作係統在飛控係統中的重要性
3.3FreeRTOS實時操作係統
3.3.1FreeRTOS簡介
3.3.2FreeRTOS的特點
3.3.3FreeRTOS架構概述
3.4調度策略
3.4.1FreeRTOS支持的調度方式
3.4.2調度器簡介
3.4.3搶占式調度器
3.4.4時間片調度器
3.5任務及任務優先級
3.5.1任務和協程(Co�瞨outines)
3.5.2任務狀態
3.5.3任務優先級
3.5.4任務優先級分配方案
3.6任務間通信——信號量
3.6.1信號量的概念及其作用
3.6.2FreeRTOS任務間計數信號量的實現
3.6.3FreeRTOS中斷方式計數信號量的實現
3.6.4計數信號量API函數
3.7任務間通信—消息隊列
3.7.1消息隊列的概念及其作用
3.7.2FreeRTOS任務間消息隊列的實現
3.7.3FreeRTOS中斷方式消息隊列的實現
3.7.4消息隊列API函數
3.8任務間通信——互斥信號量
3.8.1互斥信號量的概念及其作用
3.8.2優先級翻轉問題
3.8.3FreeRTOS互斥信號量的實現
3.8.4互斥信號量API函數
3.9飛控係統的任務規劃與5環控製
第4章飛行控製係統的定時器
4.1STM32F407的係統時鍾配置
4.1.1STM32F4的係統時鍾樹
4.1.2STM32F4的係統時鍾初始化
4.1.3STM32F4的係統時鍾使能和配置
4.2ST微控製器的定時器模塊
4.2.1**控製定時器(Advanced�瞔ontrol Timers)
4.2.2通用定時器(General�瞤urpose Timers)
4.2.3基本定時器(Basic Timers)
4.3任務調度定時器
4.4遙控器PWM編碼和定時器輸入捕獲
4.5電子調試器的輸齣控製PWM和定時器輸齣比較模式
第5章飛控係統的傳感器
5.1飛控係統的傳感器
5.2ST微控製器的I2C驅動
5.2.1I2C簡介
5.2.2I2C驅動在STM32中的硬件實現
5.2.3I2C驅動在STM32中的軟件實現
5.3加速度計的原理和測量信息
5.3.1加速度計的原理
5.3.2加速度計的測量信息
5.4加速度計原始數據采集、校準和濾波
5.4.1加速度計原始數據采集
5.4.2加速度計校準
5.5陀螺儀的原理和測量信息
5.5.1陀螺儀的原理
5.5.2陀螺儀的測量信息
5.6陀螺儀的原始數據采集、校準和濾波
5.6.1陀螺儀原始數據采集
5.6.2陀螺儀校準
5.6.3加速度計與陀螺儀的濾波
5.7磁力計的工作原理和測量信息
5.7.1磁力計的原理
5.7.2磁力計的測量信息
5.8磁力計的原始數據采集、校準和濾波
5.8.1磁力計原始數據采集
5.8.2磁力計校準
5.8.3磁力計的濾波
5.9**聲波傳感器簡介
5.9.1**聲波傳感器原理
5.9.2**聲波傳感器簡介
5.10**聲波傳感器的數據采集驅動和濾波
5.10.1**聲波傳感器數據采集驅動
5.10.2**聲波傳感器的濾波......................
這套書的名字確實很吸引人,讓我對無人機飛控開發充滿瞭期待。拿到書的那一刻,我首先被它紮實的理論基礎所吸引。它不僅僅是簡單地羅列一些代碼或者硬件連接,而是深入淺齣地講解瞭多鏇翼無人飛行器工作的底層邏輯。從傳感器數據采集、濾波,到姿態解算、控製算法的設計,每一步都講解得非常細緻,仿佛一位經驗豐富的導師在手把手地教導。我尤其喜歡書中關於PID控製算法的講解,它不僅僅給齣瞭公式,還結閤瞭實際的飛行場景,分析瞭參數整定對飛行穩定性的影響,甚至還提到瞭如何通過仿真來優化控製參數。這讓我對之前一直模糊的PID控製有瞭更清晰的認識,也為我後續自己動手實踐打下瞭堅實的基礎。此外,書中對各種常用傳感器(如IMU、GPS、氣壓計)的工作原理、數據特點以及如何進行融閤處理的講解也十分到位。這對於我這種對硬件層麵瞭解不深但又想深入理解飛控的讀者來說,簡直是如獲至寶。它讓我明白,一個穩定可靠的飛控係統,絕不是某個模塊的簡單堆砌,而是所有環節緊密配閤、協同工作的成果。書中還穿插瞭大量圖錶和示意圖,將抽象的概念具象化,使得理解更加直觀,也大大降低瞭閱讀的門檻。可以說,這本書從理論到實踐,為我打開瞭一扇通往無人機飛控世界的大門,讓我對這個領域充滿瞭探索的動力。
評分這套書的整體風格,我感覺非常務實,充滿瞭工程實踐的導嚮。《多鏇翼無人飛行器嵌入式飛控開發指南》給我最大的啓發,是它對“調試與優化”的重視。它不僅僅是教你如何寫齣能跑的代碼,更是教你如何讓代碼跑得更好,更穩定,更高效。書中大量的章節都在圍繞著如何有效地進行調試。從基礎的串口打印日誌,到使用GDB等調試工具進行斷點調試,再到利用示波器和邏輯分析儀進行硬件層麵的分析,都給齣瞭非常詳盡的指導。我尤其欣賞它對“仿真與測試”的闡述。在實際飛行中進行大量測試是耗時耗力的,而通過仿真平颱(如Gazebo、MATLAB/Simulink)來模擬無人機的飛行環境,測試控製算法的性能,可以大大提高開發效率,降低風險。書中詳細講解瞭如何搭建仿真環境,如何將飛控算法移植到仿真模型中進行測試,以及如何分析仿真結果來優化算法參數。這讓我對“在數字世界中預演,在現實世界中落地”的開發模式有瞭更深刻的認識。
評分這套書在“四鏇翼無人飛行器設計”的部分,給我帶來瞭全新的視角。我之前總是覺得,設計一架無人機似乎是很多工程師協同完成的復雜任務,自己很難插手。但這本書卻以一種非常易於理解的方式,將設計過程分解開來。它不僅僅局限於理論知識,還包含瞭大量的工程實踐經驗。例如,在講解電源管理係統時,書中詳細分析瞭不同類型電池(如LiPo電池)的特性,包括容量、放電倍率、內阻等,以及如何根據無人機的功耗需求來選擇閤適的電池。同時,它還強調瞭電池管理係統的設計,包括過充、過放、過溫保護等,這些都是確保飛行安全的關鍵。我特彆欣賞書中對電機和電調(ESC)選型和匹配的講解。它通過計算無人機的總重量、期望的懸停推力、以及最大爬升率等參數,來指導讀者如何選擇閤適的電機KV值和電調電流。這讓我明白,任何一個看似簡單的組件選擇,都必須基於對整體係統需求的深刻理解。此外,書中對飛控與動力係統的集成,以及如何處理電磁乾擾等細節也有涉及,這些都是在實際設計中非常容易被忽略但又至關重要的方麵。
評分拿到這套書,我首先被它內容的前瞻性和係統性所打動。《多鏇翼無人飛行器嵌入式飛控開發指南》從一個非常高的起點齣發,直接切入嵌入式開發的核心。它並沒有迴避復雜的概念,而是將它們一一剖析。我尤其喜歡書中關於“狀態機”和“任務調度”的講解。在復雜的嵌入式係統中,如何清晰地定義係統的不同工作狀態,以及如何閤理地調度各個任務,是保證係統穩定運行的關鍵。書中通過大量的流程圖和僞代碼,將這些抽象的概念變得非常具象化,讓我能夠清晰地理解飛控係統是如何根據不同的飛行狀態,執行相應的任務的。此外,書中對“固件更新”和“故障診斷”等實際開發中非常重要但又容易被忽略的環節,也給予瞭充分的關注。它詳細講解瞭如何設計安全的固件更新機製,以及如何通過日誌記錄和異常處理來快速定位和解決問題。這對於我這樣一個希望將理論知識轉化為實際應用的學習者來說,是非常寶貴的。
評分《四鏇翼無人飛行器設計》這本書,讓我在“製造”層麵有瞭更深的理解。我之前總覺得,一架無人機就是把一些電子元件組裝起來,但這本書讓我意識到,好的設計不僅僅是功能的實現,更是對材料、結構、以及製造工藝的精細考量。書中關於“結構設計與材料選擇”的部分,給我留下瞭深刻的印象。它不僅僅是羅列瞭各種材料的名稱,更是詳細分析瞭不同材料(如碳縴維、鋁閤金、工程塑料)的力學性能、密度、成本等,以及它們在不同受力部位的應用。例如,為什麼機臂需要輕質高強,而電機安裝座可能需要更好的減震性能。這讓我明白,材料的選擇並非隨意,而是基於對結構受力分析和性能需求的精確匹配。此外,書中對“集成與布綫”的講解也十分到位。它強調瞭如何閤理地布置飛控、電源、遙控接收器等模塊,如何進行有效的綫纜管理,以減少電磁乾擾,保證信號的穩定傳輸。這讓我意識到,一個看似簡潔的機身內部,其實蘊含著工程師大量的智慧和經驗。
評分我之前一直對無人機的“飛控”部分感到神秘,總覺得是很高深的學問。這套書,特彆是《多鏇翼無人飛行器嵌入式飛控開發指南》,徹底打破瞭我的這種認知。它用一種非常係統化、結構化的方式,將復雜的飛控原理一一拆解。我非常喜歡書中關於“傳感器融閤”的章節。它不僅僅是簡單地羅列幾種傳感器,而是深入分析瞭不同傳感器(如陀螺儀、加速度計、磁力計、GPS、氣壓計)的優缺點,以及如何利用互補濾波、卡爾曼濾波等算法,將這些來自不同傳感器的信息有效地融閤起來,從而獲得更精確、更魯棒的姿態和位置估計。這讓我明白,為什麼即使某個傳感器齣現短暫的故障,無人機依然能夠保持穩定飛行。書中還對“姿態控製”的算法進行瞭非常詳盡的講解,從經典的PID控製,到更高級的LQR(綫性二次調節器)等,都給齣瞭清晰的推導和代碼示例。它不僅告訴你“怎麼做”,更重要的是告訴你“為什麼這麼做”,這對於提升讀者的理論深度非常有幫助。而且,書中對嵌入式係統的實時性要求也給予瞭充分的關注,強調瞭代碼優化、中斷處理等方麵的重要性。
評分讀完這套書,我最大的感受是它們提供瞭一個非常全麵的知識體係,尤其是在“多鏇翼無人飛行器嵌入式飛控開發”的部分,它不僅僅是教你如何寫代碼,更重要的是培養你對整個飛控係統設計思路的理解。它從最基礎的傳感器原理講起,一直到高級的控製算法和係統集成,整個流程非常順暢。我尤其看重書中對狀態估計部分的講解,例如卡爾曼濾波在姿態和位置估計中的應用。這本書沒有把卡爾曼濾波寫成一個“黑盒子”,而是詳細地剖析瞭其背後的數學原理,並結閤實際的無人機應用場景,講解瞭如何根據傳感器的噪聲特性和運動模型來設計卡爾曼濾波的參數。這對於我理解並應用這種復雜的估計算法,提供瞭非常清晰的路徑。另外,書中對多種飛行模式的實現也進行瞭詳細的闡述,比如定高模式、定點模式、自動返航模式等。它不僅給齣瞭實現這些模式的算法思路,還強調瞭在不同模式下,飛控係統需要關注的重點和可能遇到的問題,比如GPS信號不穩定時的策略,或者電機故障時的應急處理。這些都極大地提升瞭我對飛控係統魯棒性和安全性的認識。
評分《四鏇翼無人飛行器設計》這部分內容,可以說是為我打開瞭另一扇窗。我一直對無人機的“大腦”——飛控係統很感興趣,但忽略瞭“身體”——機體結構和動力係統的重要性。這本書正好彌補瞭我的這一盲區。它不僅僅是介紹瞭一些基本的飛行器構型,更是從工程設計的角度,深入剖析瞭影響無人機性能的各個方麵。我特彆欣賞書中關於“氣動布局與空氣動力學”的章節。它不僅僅是講解瞭一些基礎的空氣動力學原理,更是結閤四鏇翼無人機的特點,分析瞭不同槳葉形狀、翼型設計、以及機身設計對升力、阻力、以及穩定性等參數的影響。這讓我明白,即使是微小的設計改動,也可能對無人機的整體性能産生顯著的影響。此外,書中對“動力係統設計”的講解也非常具體。它詳細分析瞭電機、電調、螺鏇槳的匹配關係,並給齣瞭如何根據載荷、續航時間等需求來計算所需的動力參數。這讓我不再對如何選擇閤適的動力組件感到茫然,而是有瞭一套清晰的計算和選型方法。
評分我之前接觸過一些關於無人機的入門書籍,但總覺得缺少瞭一些深度,對於真正的“開發”環節,它們往往一帶而過。這套書則完全不同,它非常契閤我想要深入瞭解“嵌入式飛控開發”的需求。從目錄上看,它就涵蓋瞭從硬件選型、電路設計,到嵌入式係統移植、軟件框架搭建,再到算法實現、調試優化的全過程。這一點就讓我非常興奮,因為這意味著我不用再東拼西湊地去尋找各種零散的資料瞭。書中的代碼示例非常豐富,而且講解清晰,不僅僅是給齣一堆代碼,而是詳細地解釋瞭每一段代碼的功能、邏輯以及它在整個飛控係統中所扮演的角色。我特彆欣賞它對實時操作係統(RTOS)在無人機飛控中的應用的闡述。理解RTOS如何管理任務、調度進程,以及如何實現任務間的通信和同步,對於構建高效、可靠的嵌入式飛控係統至關重要。書中通過實際案例展示瞭如何利用RTOS來優化飛控任務的執行效率,如何處理突發事件,以及如何保證數據采集的實時性和準確性。這讓我對嵌入式開發的復雜性和精妙之處有瞭更深的體會。另外,書中還講解瞭如何進行硬件調試,如何使用示波器、邏輯分析儀等工具來排查硬件問題,以及如何進行軟件調試,如何通過日誌分析、斷點調試來定位bug。這些實用的技能對於我這樣一個初學者來說,無疑是寶貴的財富,讓我不再害怕麵對復雜的調試過程。
評分我購買這套書的初衷,很大程度上是因為我對“四鏇翼無人飛行器設計”這部分內容非常感興趣。我一直覺得,不僅僅是軟件控製,對於無人機的結構設計、動力係統、空氣動力學等方麵的瞭解,同樣是構成一名閤格無人機工程師的基礎。這本書在這方麵的內容非常詳實,它從無人機的基本構型齣發,詳細分析瞭不同構型(如X型、H型)的優缺點,以及它們對飛行性能的影響。在材料選擇方麵,書中也給齣瞭不少建議,比如碳縴維、玻璃縴維等,並分析瞭它們在強度、重量、成本等方麵的權衡。我特彆喜歡書中關於螺鏇槳選擇和電機匹配的講解,這直接關係到無人機的推力、續航能力以及飛行效率,書中通過大量的計算公式和圖錶,為我提供瞭非常實用的指導。它讓我明白,看似簡單的螺鏇槳和電機組閤,背後卻蘊含著豐富的工程知識。此外,書中對機架結構強度、減震設計、以及飛控和電池的安裝布局等也都有深入的探討。這些細節往往是影響無人機穩定性和可靠性的關鍵因素。我甚至覺得,這本書不僅能指導我如何設計一架無人機,更能培養我從工程化、係統化的角度去思考問題的能力,讓我明白一個完整的無人機産品,需要考慮的因素是多麼的全麵和細緻。
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