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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121325489

商品编码：19028431046

包装：平装-胶订

开本：16

出版时间：2017-09-01

商品参数

四旋翼飞行器快速上手
	定价	49.90
	出版社	电子工业出版社
	版次	1
	出版时间	2017年09月
	开本	16开
	作者
	装帧	平装-胶订
	页数
	字数
	ISBN编码	9787121325489
	重量	466

内容介绍
本书系统介绍了动手制作（DIY）一个微型四旋翼飞行器的理论知识及实践方法，主要目的是使读者熟悉并掌握四旋翼飞行器的飞行控制及组装原理，熟悉并掌握航电设备的使用。本书以四旋翼飞行器涉及的嵌入式系统基本概念、原理、定律和嵌入式系统软/硬件开发方法为主线，以“实际、实用、实践”为原则，淡化理论深度，突出工程应用，构建科学、协调、可操作的内容体系，知识结构合理，注重课程交叉，及时引入课程*发展成果。

目录

1.1 飞行器分类  
1.2 无人机的概念  
1.3 无人机自主飞行  
1.3.1 自主飞行概念  
1.3.2 无人机自主控制等级  
1.3.3 无人机模块化结构  
1.4 国际空中机器人大赛  
1.5 开源飞控  
1.6 飞行器控制涉及的知识  
第2章 空间坐标系及姿态角描述  
2.1 满足右手定则的坐标系  
2.2 方向余弦阵  
2.2.1 二维坐标旋转  
2.2.2 三维坐标旋转  
2.3 欧拉角  
2.4 由等效旋转矢量到四元数  
2.4.1 向量点乘和叉乘  
2.4.2 等效旋转矢量  
2.4.3 复数形式四元数  
2.5 四元数、欧拉角以及方向余弦阵对比  
第3章 四旋翼飞行器数学模型  
3.1 飞行要素  
3.1.1 大气飞行环境  
3.1.2 伯努利定理  
3.1.3 固定翼飞机的平飞  
3.2 四旋翼飞行器的飞行原理  
3.3 四旋翼飞行器的数学模型  
3.3.1 数学模型概述  
3.3.2 建模假设条件  
3.3.3 动力子系统建模  
3.3.4 动力学模型  
3.3.5 运动学模型  
3.3.6 模型的简化  
3.4 四旋翼飞行器的特点  
第4章 传感器及姿态角测量  
4.1 基本概念  
4.2 MEMS  
4.3 陀螺仪  
4.3.1 机械陀螺仪原理  
4.3.2 MEMS陀螺仪  
4.3.3 ITG3200应用  
4.4 加速度计  
4.4.1 加速度计原理  
4.4.2 LIS3VDQ结构  
4.4.3 加速度计标定  
4.5 磁罗盘  
4.5.1 磁罗盘原理  
4.5.2 磁罗盘LSM303DLH  
4.5.3 磁罗盘标定  
4.6 GPS  
4.7 姿态角测量公式  
4.7.1 俯仰角和滚转角测量  
4.7.2 偏航角测量  
第5章 卡尔曼滤波  
5.1 线性系统状态能观  
5.2 卡尔曼滤波原理  
5.2.1 数学基础  
5.2.2 卡尔曼滤波算法  
5.2.3 卡尔曼滤波案例1  
5.2.4 卡尔曼滤波案例2  
5.2.5 参数分析  
5.2.6 扩展卡尔曼滤波  
5.3 卡尔曼滤波在姿态解算中的应用  
5.3.1 四元数微分方程  
5.3.2 状态模型  
5.3.3 测量模型  
5.3.4 卡尔曼滤波算法步骤  
5.3.5 四旋翼姿态解算代码实现  
第6章 动力系统  
6.1 电动机  
6.1.1 有刷电动机  
6.1.2 空心杯电动机  
6.1.3 无刷电动机特点  
6.1.4 无刷电动机结构  
6.1.5 无刷电动机工作原理  
6.1.6 无刷电动机参数  
6.2 电调  
6.2.1 电调功能  
6.2.2 电调原理  
6.2.3 电调参数  
6.3 电池  
6.3.1 锂电池简介  
6.3.2 电池参数  
6.3.3 电池使用注意事项  
6.4 螺旋桨  
6.4.1 螺旋桨的作用  
6.4.2 螺旋桨的分类  
6.4.3 螺旋桨的参数  
6.5 导线  
6.6 机架  
第7章 嵌入式主控系统  
7.1 微型计算机的组成  
7.2 CM3体系结构  
7.3 CM3寄存器  
7.4 STM32的存储结构  
7.4.1 总线接口  
7.4.2 CM3存储器组织  
7.4.3 STM32存储器映射  
7.4.4 大端和小端  
7.4.5 字节对齐  
7.4.6 动态内存  
7.5 ARM指令集  
7.6 STM32F1和STM32F4的区别  
7.7 STM32的选型  
7.8 嵌入式系统分层结构  
第8章 PID控制算法  
8.1 控制的基本过程  
8.2 四旋翼飞行器PID控制器原理  
8.2.1 PID控制基本理论  
8.2.2 控制规律的选择  
8.2.3 四旋翼飞行器的串级PID控制  
8.3 PID参数整定  
8.3.1 PID参数对系统性能的影响  
8.3.2 参数整定基本概念  
8.3.3 单环PID参数整定  
8.3.4 串级PID参数整定  
第9章 嵌入式操作系统  
9.1 操作系统基本概念  
9.1.1 操作系统功能  
9.1.2 操作系统工作过程  
9.1.3 前后台系统  
9.1.4 实时操作系统  
9.1.5 通用操作系统与实时操作系统的比较  
9.2 飞行器与操作系统  
9.3 操作系统中的任务  
9.3.1 任务的特性  
9.3.2 多任务的实现  
9.3.3 任务划分的目标  
9.4 FreeRTOS操作系统简介  
9.5 FreeRTOS中的任务管理  
9.5.1 FreeRTOS中的任务  
9.5.2 相对延  
9.5.3 绝dui延  
9.6 FreeRTOS中的互斥信号量  
9.6.1 互斥信号量的概念  
9.6.2 互斥信号量的应用  
9.7 FreeRTOS中的任务通信  
9.7.1 队列概念  
9.7.2 队列通信案例  
9.8 飞控操作系统中的任务及其通信  
第10章 无线通信  
10.1 无线通信原理  
10.2 无线电波  
10.2.1 无线通信按频率分类  
10.2.2 2.4GHz无线技术简介  
10.2.3 2.4GHz无线通信扩频技术  
10..2..4 2.4GHz无线技术特点  
10.3 手持遥控器工作原理  
10.3.1 发射机  
10.3.2 接收机  
10.3.3 设备使用中需注意的问题  
10.4 飞行器的其他无线通信  
第11章 飞手实训  
11.1 无人机就业职位要求  
11.2 飞手练习方法  
11.3 民用无人机空中交通管理办法  
11.4 飞行时的注意事项  
11.4.1 人  
11.4.2 机  
11.4.3 环境  
11.5 飞行器检修及保养  
附录A 椭球相关程序  
附录B 卡尔曼滤波代码  
附录C PID参数对系统性能影响试验代码  
参考文献 

无人机世界：探索飞行奥秘与创新之旅 近年来，无人机以其独特而迷人的飞行能力，迅速渗透到我们生活的方方面面，从娱乐消遣到专业应用，它们的身影无处不在。从最初的军事侦察工具，到如今普及大众的航拍利器、物流配送助手，再到前沿科技探索的先锋，无人机的演变史就是一部人类探索天空、挑战极限的创新史。 这本书将带领您走进一个充满无限可能性的无人机世界，它不仅仅是一本关于飞行器的技术手册，更是一扇探索未知、激发创意的窗口。我们将一起深入了解无人机的发展历程，追溯其从早期的简陋模型到如今智能化、专业化的蜕变；我们将揭开无人机背后蕴含的复杂科学原理，探寻空气动力学、电子工程、通信技术、传感器技术等学科如何协同工作，赋予这些空中精灵生命；我们还将展望无人机技术的未来趋势，包括人工智能在无人机自主导航、任务规划中的应用，以及在极端环境、太空探索等领域的潜在突破。 第一章：飞行的召唤——无人机简史与发展脉络 本章将带您回顾无人机波澜壮阔的发展史。从第一次世界大战期间的靶机雏形，到冷战时期各国在军事侦察领域对无人机的投入，再到90年代末和21世纪初，随着技术成本的下降和电子元件的微型化，民用无人机开始崭露头角。我们将重点关注几个关键的转折点： 军事领域的先行者： 了解早期无人机在军事侦察、目标指示等方面的应用，以及这些应用如何推动了无人机技术的基础研究。 民用市场的崛起： 探讨随着GPS、惯性测量单元（IMU）、高性能电池等技术的成熟，以及市场需求的日益增长，消费级和专业级无人机是如何从精英走向大众的。 关键技术突破： 分析影响无人机发展的重要技术节点，例如遥控技术的进步、图传技术的革新、以及轻量化高强度材料的应用。 应用领域的拓展： 概述无人机在航拍、测绘、巡检、物流、农业、安防、救援等领域的早期应用探索。 通过本章的学习，您将对无人机技术的发展有一个宏观的认知，理解其从无到有、从小到大的演变过程，并为后续深入学习打下坚实的基础。 第二章：空中芭蕾的奥秘——飞行控制原理剖析 无人机的平稳飞行和精确操控，离不开一套复杂的飞行控制系统。本章将深入浅出地剖析无人机实现悬停、前进、后退、转向、爬升、下降等基本动作的背后原理。 动力系统： 了解四旋翼无人机为何选择四旋翼布局，以及每个旋翼的转速如何协同控制飞机的姿态和运动。我们将介绍电机、螺旋桨的选型以及它们如何产生推力。 姿态感知： 深入理解传感器在飞行控制中的核心作用。我们将详细讲解陀螺仪、加速度计、磁力计（指南针）如何协同工作，提供实时的姿态和方向信息。 飞控系统： 探讨飞行控制器（Flight Controller）在无人机中的“大脑”作用。它如何接收来自传感器的原始数据，并通过复杂的算法进行数据融合、姿态解算，最终发出指令给电调（ESC），控制电机转速。 PID控制算法： 揭示PID（比例-积分-微分）控制算法在飞行稳定中的关键地位。我们将解释P、I、D三个参数如何影响系统的响应速度、稳定性和精度，并阐述如何通过调参来优化飞行性能。 GPS与导航： 介绍GPS（全球定位系统）如何为无人机提供定位信息，以及如何结合IMU数据实现更精确的导航和定点悬停。 气压计与高度控制： 讲解气压计在测量大气压力以感知高度变化方面的作用，以及它如何配合飞控算法实现稳定的高度保持。 本章旨在让您理解无人机是如何“感知”自身状态并“做出”相应反应的，为后续的组装和调试提供理论支持。 第三章：从零开始的构建——无人机核心组件详解 要组装一台无人机，需要了解构成它的各个关键部件。本章将详细介绍无人机的主要组成部分，以及它们的功能和选型要点。 机架（Frame）： 介绍不同材质（如碳纤维、玻璃纤维、塑料）和结构的机架（如X型、H型）的优缺点，以及如何根据用途选择合适的机架。 电机（Motor）： 讲解无刷电机的工作原理，以及KV值、直径、长度等参数对无人机性能的影响。 电子调速器（ESC）： 解释ESC如何控制电机的转速，以及BEC（电池消除电路）的功能。 螺旋桨（Propeller）： 介绍不同尺寸、桨距的螺旋桨如何影响飞机的推力、效率和飞行特性。 飞控板（Flight Controller）： 重点介绍主流的飞控硬件平台（如Pixhawk、APM、Betaflight等）及其功能，以及如何选择适合自己需求的飞控。 电池（Battery）： 讲解锂聚合物（LiPo）电池的特性，包括电压、容量、放电倍率（C数），以及电池安全使用规范。 遥控器与接收机（Transmitter & Receiver）： 介绍遥控器的信道数、遥控距离、回传功能等，以及接收机与飞控板的连接方式。 其他辅助部件： 如GPS模块、电源模块、蜂鸣器、LED灯、摄像头等，以及它们在无人机系统中的作用。 通过对这些核心组件的深入了解，您将能够理解它们之间的相互关系，并为实际的购买和组装做好准备。 第四章： manos a la obra——无人机组装实战指南 理论学习之后，是时候将知识付诸实践了。本章将提供一份详细的无人机组装实战指南，指导您一步一步完成无人机的组装过程。 准备工作： 列出组装前需要准备的工具（如螺丝刀、焊锡、热风枪、扎带等）和材料。 机架安装： 详细讲解如何固定电机、安装电调、连接电源线。 飞控连接： 指导如何将遥控接收机、GPS模块、电源模块等连接到飞控板上，并讲解信号线和电源线的连接规范。 布线整理： 强调良好的布线和线缆管理的重要性，以避免干扰和保证安全。 焊接技巧： 提供基础的焊接教学，确保各个电子元件连接牢固可靠。 安装与固定： 讲解如何安全地安装电池、螺旋桨等部件。 安全检查： 在首次通电前，进行一系列必要的安全检查，避免短路或损坏。 本章将以图文并茂的方式，力求让初学者也能清晰地理解每一个组装步骤，减少出错的可能性。 第五章：让它飞起来——飞行控制与调试 组装完成并不意味着大功告成，接下来是至关重要的调试阶段。本章将引导您完成飞行控制器的设置和调参，使无人机能够稳定起飞。 飞控软件安装与连接： 指导如何连接飞控板到电脑，并安装相应的飞控配置软件（如Mission Planner、QGroundControl等）。 基础参数设置： 讲解如何配置电机方向、遥控器通道映射、传感器校准（IMU、罗盘、气压计）。 遥控器校准： 详细说明如何校准遥控器摇杆和开关，确保信号传输准确。 飞行模式选择： 介绍不同的飞行模式（如角度模式、自稳模式、定高模式、定点模式）及其适用场景。 PID调参基础： 解释PID参数调整的意义，并提供一些基本的调参思路和方法，例如如何通过观察飞机的响应来调整P、I、D参数，以获得更稳定的飞行姿态。 起飞前检查： 再次强调起飞前的各项检查，包括电池电量、螺旋桨是否安装牢固、遥控信号是否正常等。 本章将重点关注如何通过软件设置和微调，让无人机具备良好的飞行性能，并为后续更高级的操作奠定基础。 第六章：驾驭天空——无人机的进阶玩法与应用拓展 当您的无人机能够稳定起飞并进行基本操控后，就可以开始探索更广阔的应用领域了。本章将为您介绍无人机的进阶玩法和多元化应用。 航拍技巧： 学习如何运用无人机进行高质量的航拍，包括构图、运镜、光线利用等。 测绘与建模： 了解无人机如何在摄影测量、三维建模领域发挥作用，例如制作地形图、建筑模型。 巡检与监测： 探讨无人机在电力线巡检、输油管道检测、农作物健康监测等方面的应用。 物流配送： 关注无人机在快递、外卖等领域的试点与发展。 安防与救援： 了解无人机在边境巡逻、灾情侦察、人员搜救等方面的潜在价值。 FPV（第一视角）飞行： 介绍FPV飞行带来的沉浸式飞行体验，以及相关的设备和技巧。 智能飞行与自主任务： 展望无人机在人工智能加持下的自主飞行能力，例如路径规划、目标识别、自动返航等。 本章旨在激发您的想象力，让您看到无人机不仅仅是一个玩具，更是一个强大的工具，能够帮助我们解决实际问题，创造更多价值。 第七章：天空的未来——无人机技术前沿与发展趋势 无人机技术日新月异，新的概念和应用层出不穷。本章将带您展望无人机的未来，关注当前最新的技术研究和发展趋势。 人工智能与深度学习： 探讨AI如何赋能无人机实现更高级别的自主性，例如环境感知、智能决策、协同作业。 5G与通信技术： 分析5G网络为无人机通信带来的革命性变化，例如超低延迟、海量连接，以及其在编队飞行、远程操控等方面的应用。 无人机集群与编队： 了解无人机集群如何通过协同合作，完成更加复杂和大规模的任务，例如灯光秀、大范围监测。 能源与续航技术： 关注新型电池技术、氢燃料电池等在提升无人机续航能力方面的进展。 无人机安全与法规： 探讨无人机管理、空域划分、反无人机技术等日益重要的议题。 太空探索与极端环境应用： 展望无人机在火星探测、深海探测等极端环境下的应用前景。 通过对这些前沿技术的探讨，您将能更好地理解无人机产业的未来走向，并可能从中发现新的机遇。 结语： 无人机的世界广阔而精彩，它融合了工程、科学、艺术和创新。本书旨在为您打开这扇通往天空的大门，让您从理论到实践，从基础到进阶，全面了解和掌握无人机的相关知识。愿您在探索无人机世界的旅途中，收获知识，激发灵感，创造属于自己的飞行奇迹。

评分☆☆☆☆☆

作为一名曾经的遥控模型爱好者，我对于四旋翼飞行器这种新兴的飞行平台充满了好奇。我之前玩过一些遥控飞机和船模，对于组装和调试并不陌生。现在想把兴趣转向四旋翼飞行器，主要是看中了它在航拍、测绘等领域的广泛应用。我希望找到一本能够详细介绍各种主流飞控系统（如Pixhawk、APM等）的优缺点，以及如何根据不同的任务需求选择合适的飞控和配件的书籍。组装教程方面，我希望越详细越好，最好能配有清晰的图示，能够一步步指导我完成从零件选择到焊接、接线、调试的全过程。同时，我也希望书中能提供一些关于如何进行调参和优化飞行性能的技巧，让我能够充分发挥出四旋翼飞行器的潜力。

评分☆☆☆☆☆

最近刚入手了一个四旋翼飞行器的套件，但是说明书太简单了，很多地方实在搞不懂，特别是那些线路的连接和一些参数的设置。我希望找到一本能够详细解释这些细节的书籍。最好里面能有针对不同品牌、不同型号的四旋翼飞行器组装的通用指南，或者至少能提供一些常见的组装方法和注意事项。我希望这本书能够一步步地教我如何连接电机、电调、飞控、接收机等各个组件，以及如何进行基本的参数设置和校准。看到网上很多朋友说调参很难，我希望这本书能有专门的章节来讲解调参的逻辑和方法，让我能够调出稳定、好飞的无人机。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对科技产品充满热情的产品经理，一直在关注无人机行业的发展。最近公司考虑进军无人机市场，我需要对这个领域有一个全面的了解。我希望找到一本能够涵盖四旋翼飞行器从设计理念、硬件组成、到软件控制、以及实际应用场景的综合性书籍。这本书不需要太过偏向技术细节，但要能够清晰地解释各种组件的功能和作用，以及它们是如何协同工作的。我更关注的是它在不同行业（如农业、安防、物流、娱乐等）的应用案例和市场前景分析。如果书中还能包含一些关于无人机法规、安全标准以及行业发展趋势的内容，那将对我制定产品战略非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

最近迷上了航拍，尤其是那种可以自己动手组装的四旋翼飞行器，感觉特别酷。一直在找一本入门的书籍，希望能从零开始，把飞行器的原理、组装步骤，甚至是飞行控制都讲清楚。我看过一些论坛和视频，但总感觉碎片化，不够系统。我希望找到一本能够像教科书一样，条理清晰、循序渐进的书。最好里面能包含一些经典的飞行器模型，讲解它们的优缺点，以及适合不同需求的DIY方案。当然，安全性也是我非常关注的一点，希望书中能有详细的安全指南，避免因为操作不当造成损失。如果能附带一些常见故障的排查方法，那就更完美了，毕竟新手难免会遇到问题。我期待这本书能够让我从一个完全不懂的新手，变成一个能够自信操控四旋翼飞行器，甚至能进行一些简单改装的爱好者。

评分☆☆☆☆☆

我是一名喜欢钻研的创客，一直对各种机械和电子的组合很有兴趣。四旋翼飞行器无疑是近年来非常热门的一个项目，我希望能通过一本高质量的书籍，系统地学习如何从零开始制作一架属于自己的四旋翼飞行器。我不需要那种只讲组装，不讲原理的书，我希望能够深入理解飞行器各个部件的功能，比如电机、螺旋桨、电调、飞控、电池等等，以及它们之间的配合关系。尤其对飞控部分很感兴趣，想了解PID控制、姿态稳定算法等。如果书中能提供一些开源飞控的资料，或者指导如何选择和配置合适的飞控，那就更棒了。当然，制作过程中的安全问题和一些技巧我也希望能够得到详细的指导。

评分☆☆☆☆☆

我是一名高中生，对科技非常着迷，尤其是能够飞起来的机器。我看到很多关于无人机的视频，觉得非常酷炫，也想自己动手做一个。我希望找到一本对我们学生来说，语言通俗易懂，图文并茂的书籍。不需要太复杂的理论，但希望能把四旋翼飞行器的组装过程讲清楚，比如需要哪些工具，零件怎么安装，线路怎么连接。同时，我希望能了解一些最基本的飞行原理，为什么它能够飞起来，为什么会转弯，为什么能保持平衡。当然，安全也很重要，希望书中能提醒我们一些需要注意的地方，比如在哪里飞行比较安全，玩的时候要注意什么。

评分☆☆☆☆☆

作为一名摄影爱好者，我一直渴望能够用独特的视角来捕捉美景，无人机航拍无疑是实现这一目标的绝佳途径。我一直在寻找一本能够帮助我快速入门航拍无人机领域的书籍。我希望这本书能够不仅教会我如何组装一台基础的四旋翼飞行器，更重要的是能在我组装好之后，教我如何安全、有效地进行飞行，以及如何通过不同的飞行姿态和镜头语言来拍出富有创意的照片和视频。书中最好能提供一些航拍技巧，比如如何构图、如何控制飞行速度和高度、如何避免抖动等等。此外，关于无人机在不同天气条件下的飞行注意事项，以及如何保养无人机，也是我非常关心的问题。

评分☆☆☆☆☆

我是一名退役的工程师，有着丰富的机械和电子知识，但对于现代的四旋翼飞行器技术并不熟悉。我希望能通过一本权威的书籍，快速掌握这方面的知识。这本书最好能够提供一个清晰的框架，从四旋翼飞行器的基本原理开始，逐步深入到各个关键技术，比如空气动力学、控制理论、导航技术、传感器应用等等。我希望能够理解为什么四旋翼飞行器能够稳定飞行，它的控制系统是如何工作的，以及有哪些主要的组成部分。同时，我也希望书中能够介绍一些主流的无人机品牌和产品，以及它们在不同领域的应用，这有助于我了解行业的发展现状。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对航空模型有长期兴趣的爱好者，我一直在关注四旋翼飞行器技术的发展。我以前玩过固定翼和直升机模型，对于电路和机械组装都有一定的基础。这次想转入四旋翼领域，主要是看中了它的多功能性和易操控性。我希望找到一本能够深入讲解四旋翼飞行器内部构造和工作原理的书籍，包括电机、电调、螺旋桨、电池、飞控、GPS模块等关键部件的性能参数、选择依据以及组装注意事项。同时，我希望能学习到如何进行飞控的固件升级、参数调校以及一些常见的故障排除方法。对于一些高级功能，比如自主返航、路径规划等，如果书中能有所涉及，那我将非常感激。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，一直对无人机技术很感兴趣，特别是四旋翼飞行器在现代科技中的应用。我一直在寻找一本能够深入讲解四旋翼飞行器底层原理的书籍，不仅仅是组装，更重要的是对飞行控制算法、传感器融合、以及电源管理等方面的原理有详细的阐述。我希望这本书能够提供一些数学模型和代码示例，让我能够理解这些算法是如何工作的，甚至能够尝试进行二次开发。当然，如果书中也能提及一些行业内的前沿技术，比如自主导航、避障技术等，那将会是一笔宝贵的财富。我希望能通过阅读这本书，不仅能掌握组装技能，更能对无人机技术有一个更深层次的理解，为我未来的学习和研究打下坚实的基础。