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[美] David McGriffy 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115472113

商品编码：29426766251

包装：平装-胶订

出版时间：2018-01-01

书名：无人机制作指南

定价：69.00元

作者：David McGriffy

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787115472113

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

本书作为Make的经典无人机制作图书，深受广大无人机DIY发烧友的喜爱！相比于目前市场上已有的无人机图书，本书采用Arduino硬件为控制核心，由浅入深地向读者介绍如何一步步制作高性能无人机。传感器应用、改造制作、编程实践、自动驾驶等案例一一列举，图文并茂，实用性较强，可作为中小学生综合实践活动的课外读本。本书的出版会给无人机爱好者带来莫大的福音。 如何在现有框架上DIY自己的专属无人机 飞行控制系统，并提高编程能力 升级改进现有无人机套件的技巧 对于多旋翼飞行空气动力学更通俗易懂的说明 模块化的电路板定制设计 如何安装遥控无线电、遥测、GPS系统 提高飞行稳定性的调试方法

本书是一本全面的无人机制作指南，从搭建无人机外形、结构、框架开始，到添加各种功能设备，再到向Arduino编程，使其可以通过智能手机进行遥控。跟随本书，读者可以自制一台功能齐备的无人机，适合无人机爱好者、电子制好者和广大创客们阅读。

目录



1 无人机成真之路 1

电机 2

电池 4

控制系统 4

2 常用无人机的控制系统 7

MultiWii（一款通用遥控多旋翼飞行器控制软件） 7

无人机代码 9

APM/ ArduPilot 9

PX4/Pixhawk 10

DJI（Naza） 11

KK2 12

CC3D/OpenPilot 12

Naze32/Baseflight/Cleanflight 13

选择一个飞行控制系统 14

3 无人机功能 15

航拍 15

FPV追踪 16

教育 17

飞行 17

4 提升哈博森X4的性能 19

目标以及测试方法 19

电池的升级 21

螺旋桨的升级 22

5 制作X4Wii 27

组件 28

编译 30

加载新代码 30

连线 32

装配 33

设置并调试 35

遥控器频率 35

PID 36

模式 38

6 可见无人机控制器 41

极小的中央处理器 42

无线电 43

IMU/AHRS 44

电源 44

有电机控制器的电路板 45

框架、电机、螺旋桨 46

重量的预算 47

7 基本I/O代码 49

配置IDE 49

主循环 50

RC接收器 52

蓝牙 54

电机 57

8 多轴飞行器的空气动力学 59

升力与推力 59

倾斜和翻滚 60

偏航 61

过渡升力 62

涡环状态 62

9 惯性测量单元/航姿系统 65

陀螺仪 66

加速计 66

惯性测量单元（IMU） 67

磁力计 69

10 模式与组合 71

模式 71

角模式 72

速率模式 73

组合 73

11 比例积分微分（PID）控制系统 75

算法 75

P-比例 75

I-积分 75

D-微分 76

实现 77

调试 78

理论 78

实践 82

12 电路板和电机控制器 83

设计工具和文件 83

组件的放置 84

能源的输入和分配 84

电机控制器 85

原理图和布局 87

组建 88

13 构建与调试 93

安装控制器并且连接LED灯 93

连接电机 93

安装无线电 95

完成框架 95

地面实验 97

飞行测试以及未来的工作 98

14 更大的框架 101

S500的工具包 102

依照说明书执行 103

15 安装电力系统 105

挂载电子速度控制器 105

连接配电板 106

挂载电机 107

决定方向 108

16 无刷电机和它们的电子速度控制器 113

无刷电机 113

电子速度控制器 115

电池消除电路 116

17 安装飞行器控制器与无线电 119

轻型Pixhawk和减振架 120

遥控无线电 121

遥感无线电 123

安全开关 124

测试 125

18 GPS 127

发展历史 128

运行原理 128

水平精度系数（HDOP） 130

安装 130

19 磁力计 133

地球磁场 133

磁偏角和偏差 134

磁阻 135

无人机上的应用 136

20 将S500飞上天空 139

螺旋桨的组装 140

连接电池和电压监测器 141

无线电和加速度计的校准 143

飞行模式 144

初的调优 145

终的清单与次飞行 146

21 光流、声纳和激光雷达 149

声纳 149

激光雷达 150

光流传感器 151

视觉测程法 152

22 振动 153

造成振动的原因 153

振动带来的影响 154

阻尼与隔离 155

螺旋桨的平衡 155

23 故障模式和容错系统 157

失效保护 157

冗余 158

24 接口 159

计算机接口 159

无线电控制无线电的标准 161

DSM/DSM2/DSMX 162

FrSky 162

伺服系统与电子速度控制器的控制 162

遥测技术 163

GPS 164

25 未来 167

专业化 167

管理 167

易用性 168

安全性 168

人类飞行事业 168

David McGriffy从个人计算机时代就开始从事程序员工作。使用过无线电控制飞行器，驾驶过民用飞机，包括各种型号的滑翔机。在GPS卫星发射之初，他已经在为GPS系统效力了。曾为知名电脑公司编写过嵌入式系统的代码并以此为乐。还奔波于世界各地，为海上石油钻机的控制系统进行失效模型分析，因此还发明了振动分析系统。同时他还是网站性能专家，并在IEEE相关栏目发表论文。David如今经营着一家音频软件公司，VVAudio，这家公司为环绕立体声和虚拟现实系统开发了一系列插件。他还从德克萨斯州大学奥斯汀分校拿到了物理博士学位。

《飞翔的梦想：从零开始的航拍艺术与技术》 前言： 在这信息爆炸的时代，我们渴望用全新的视角去观察世界，去捕捉那些稍纵即逝的美丽瞬间。无人机，这项曾被视为科幻的科技产物，如今已然走进千家万户，成为我们拓展视野、实现创意的重要工具。它们不再是冰冷的机器，而是承载着我们飞翔梦想的翅膀。 《飞翔的梦想：从零开始的航拍艺术与技术》并非一本冰冷的硬件手册，更不是一本晦涩的技术论文。它是一份诚挚的邀请，邀请你一同踏上探索天空的旅程，学习如何让你的视角跃升至云端，用镜头记录下壮丽的风景、鲜活的生活，甚至是隐藏在日常之下的诗意。本书致力于为你提供一条清晰、实用、充满启发性的学习路径，让你从一个对无人机一无所知的新手，蜕变为一位能够娴熟操控无人机、捕捉令人惊叹航拍作品的创作者。 我们相信，学习飞行的过程本身就充满乐趣，而掌握航拍的技巧，更是将这份乐趣升华为一种能够与世界分享的艺术。本书的编写，旨在以最接地气的方式，剥离那些可能令人生畏的技术壁垒，让你在轻松愉快的阅读中，逐步领略无人机的魅力，并最终能够自信地按下快门，让你的创意随风而起，翱翔天际。 第一部分：认识你的天空伙伴——无人机的基本认知 在正式启航之前，了解你的“天空伙伴”是至关重要的。这一部分将为你勾勒出无人机的全貌，让你对这个神奇的飞行器有一个全面而深入的认识。 1.1 什么是无人机？不止是“会飞的相机”。 我们将从最基础的概念入手，打破你对无人机的刻板印象。无人机，顾名思义，是没有飞行员在机上的飞行器。但它的意义远不止于此。我们将探讨无人机的起源与发展，从最初的军事用途，到如今在消费级市场上的百花齐放。你将了解到，无人机不仅仅是简单的遥控玩具，它们集成了先进的飞行控制系统、精密的传感器、强大的通讯模块，以及高质量的摄像设备。我们将深入浅出地解释无人机的几个核心组成部分，例如： 机身与旋翼： 了解不同类型的无人机（如多旋翼、固定翼）在结构上的差异，以及旋翼数量和设计对飞行性能的影响。 动力系统： 电池技术、电机原理，以及它们如何协同工作，为无人机提供持续的动力。 飞控系统： 无人机的“大脑”，包括陀螺仪、加速度计、气压计等传感器如何协同工作，实现稳定悬停、精准飞行。 GPS与定位系统： 理解GPS、GLONASS等定位技术如何帮助无人机实现自主导航、定点返航。 遥控与图传系统： 解释遥控器如何向无人机发送指令，以及图传系统如何将实时的画面传输回你的手中。 云台与相机： 航拍的关键所在，理解云台如何稳定画面，以及不同传感器类型相机对成像质量的影响。 1.2 飞行的基本法则：安全第一，乐趣无限。 在享受飞行的乐趣之前，安全永远是第一位的。我们将为你详细解读影响无人机飞行的关键因素，并建立起一套严谨的安全意识。 飞行环境的考量： 风力、湿度、温度、障碍物（高楼、树木、电线）等对飞行的影响，以及如何评估和选择合适的飞行场地。 法规与禁飞区： 了解国家和地方关于无人机飞行的相关法规，包括起飞限制、禁飞区域、以及可能的飞行执照要求。我们将引导你查找和理解当地的飞行规定，确保你的飞行合法合规。 无人机飞行前的检查清单： 从电池状态、遥控器电量、GPS信号强度到螺旋桨的完整性，我们将为你提供一份详尽的飞行前检查流程，帮助你规避潜在的风险。 紧急情况的处理： 了解在遇到信号丢失、电池电量过低、天气突变等紧急情况时，无人机可能采取的应对措施（如自动返航、自动降落），以及作为操作者，你应如何冷静应对。 1.3 选择你的“翅膀”：不同类型无人机的特性与选择。 市面上的无人机琳琅满目，如何选择最适合你的那一款？我们将根据你的需求和预算，为你提供专业的选购建议。 消费级无人机： 入门级无人机： 价格亲民，操作简单，适合初学者练习飞行技巧和基础航拍。我们将推荐一些性价比较高的入门机型，并分析它们的优缺点。 进阶级无人机： 拥有更强大的续航能力、更优秀的相机配置、更智能的飞行功能，适合对画质有更高要求、希望尝试更复杂航拍的爱好者。我们将对比不同品牌和型号的进阶机型，从相机参数、图传延迟、避障系统等方面进行详细解析。 专业级/影像无人机： 专为专业摄影师和摄像师设计，具备顶级的相机传感器、强大的RAW格式拍摄能力、多种专业色彩模式，以及更长的飞行时间。我们将介绍这类无人机的特点，以及它们在影视制作、商业摄影等领域的应用。 根据用途选择： 旅游摄影： 强调便携性、续航、稳定性和优秀的相机素质。 风景航拍： 注重广角镜头、高分辨率、以及在不同光线条件下的表现。 活动记录： 可能需要更长的飞行时间和更稳定的画面，以及具备一定的跟随和环绕功能。 创意拍摄： 探索一些特殊的飞行模式和拍摄技巧。 第二部分：驾驭天空的艺术——无人机飞行基础与技巧 掌握了无人机的基本认知，接下来便是将这份知识转化为实际操作。这一部分将带领你一步步掌握无人机的飞行技巧，让你从“新手上路”到“游刃有余”。 2.1 遥控器上的秘密：熟悉你的“指挥棒”。 遥控器是连接你与无人机的桥梁。我们将深入剖析遥控器的各项功能，让你熟练掌握每一个按钮和拨杆的意义。 摇杆功能详解： 理解左摇杆（油门与航向）和右摇杆（俯仰与滚转）在无人机飞行中的具体作用，以及它们如何配合实现精确控制。 按键功能探索： 学习起飞/降落键、返航键、拍照/录像键、云台控制键等常用按键的功能。 模式切换： 了解不同飞行模式（如P模式、S模式、A模式）的特点，以及它们在不同飞行场景下的适用性。 屏幕信息解读： 学习解读遥控器屏幕上显示的飞行高度、距离、速度、电量、GPS信号等关键信息。 2.2 起飞的仪式感：从准备到升空。 起飞是飞行的起点，也是一个需要谨慎对待的环节。 场地选择与安全检查： 再次强调开阔、无遮挡、远离人群的飞行场地的重要性。 无人机姿态调整： 确保无人机平稳放置，螺旋桨已安装牢固。 解锁与起飞： 掌握正确的解锁和起飞指令，让无人机平稳升空。 初次悬停练习： 在起飞后，让无人机保持在一定高度悬停，感受其稳定性，并进行细微的摇杆微调。 2.3 飞行基础动作：稳健是关键。 掌握基础的飞行动作，是构建更复杂航拍场景的基础。 上升与下降： 熟练控制无人机的垂直升降，注意观察高度变化。 前进与后退： 运用摇杆平稳地控制无人机的前进和后退，保持画面稳定。 左移与右移： 学习侧向移动，为构图提供更多可能。 原地转向（航向控制）： 练习原地360度转向，熟悉无人机的转向响应。 组合动作练习： 将以上基础动作组合起来，进行平稳的直线飞行、转弯飞行等练习。 2.4 进阶飞行技巧：飞出你的风格。 当基础动作变得得心应手，你就可以尝试更具挑战性的飞行技巧，为你的航拍作品增添更多创意。 平稳的巡航： 掌握在不同速度下保持无人机稳定飞行的能力，尤其是在风力较大的环境下。 精准的降落： 练习将无人机平稳、精确地降落在指定位置，避免碰撞。 跟随模式应用： 了解并熟练使用无人机的智能跟随功能，让无人机自动跟随你或指定的移动目标。 环绕与兴趣点规划： 学习如何设置兴趣点，让无人机围绕目标进行自动环绕飞行，捕捉360度的壮丽画面。 路径规划飞行： 探索如何预设飞行路径，让无人机按照预设路线自主飞行，实现更复杂的镜头运动。 避障系统的理解与运用： 了解无人机避障系统的原理，以及如何在复杂环境中利用它来提高飞行安全性。 2.5 了解你的“眼睛”：云台的妙用。 云台是无人机摄影的灵魂。我们将详细介绍云台的功能和操作。 云台的稳定原理： 解释云台如何通过万向节和电机补偿无人机的震动和倾斜，实现画面稳定。 云台角度控制： 学习如何通过遥控器控制云台俯仰和滚转，调整拍摄视角。 不同云台模式： 了解如FPV模式、跟随模式等云台模式的特点，以及它们在不同拍摄场景下的应用。 第三部分：定格天空之美——航拍构图与创意实践 飞行是实现，而航拍才是目的。在这一部分，我们将深入探讨航拍的艺术，学习如何用你的镜头去发现和讲述故事。 3.1 航拍的语言：构图的黄金法则。 好的构图能够瞬间提升你的作品的艺术价值。我们将带你走进航拍构图的世界。 三分法与黄金分割： 学习如何将画面主体放置在视觉黄金分割点上，让画面更具吸引力。 引导线： 寻找画面中的自然线条（如道路、河流、海岸线），引导观众视线，增强画面的纵深感。 对称与平衡： 运用对称构图营造庄重感和稳定感，或通过画面元素的平衡来达到和谐的美学效果。 框架构图： 利用前景中的物体（如树枝、建筑）形成框架，突出主体，增加画面的层次感。 留白与呼吸空间： 适度的留白能够让画面更显简洁大气，避免画面过于拥挤。 视角的变化： 探索高空俯视、低角度仰视、平行视角等不同视角带来的视觉冲击力。 3.2 光影的魔法：掌握不同时间的光线运用。 光线是摄影的灵魂，在航拍中更是如此。 黄金时段（日出与日落）： 学习如何利用日出和日落时柔和、温暖的光线，为画面增添色彩和氛围。 蓝色时段（日出前与日落后）： 探索蓝色时段冷调的光线，拍摄出宁静、神秘的城市夜景或海景。 正午阳光的挑战与机遇： 了解正午强光下的挑战（阴影过重、色彩失真），以及如何通过云层、阴影来巧妙运用。 夜晚的城市灯火： 学习在夜晚拍摄城市灯光，捕捉迷人的夜景。 3.3 创意航拍视角：让你的作品脱颖而出。 跳出固定的思维模式，去探索更多新颖的拍摄方式。 低空飞行与细节捕捉： 尝试低空飞行，近距离拍摄地面景物，捕捉纹理、细节和动态。 逆光拍摄的魅力： 学习如何利用逆光，拍摄出剪影效果、光晕效果，或突出物体的轮廓。 云层之上的风景： 探索在云层之上拍摄，俯瞰云海、山峦，或是在日出日落时捕捉绚丽的晚霞。 动态运动的捕捉： 尝试拍摄车辆、火车、船只等移动物体，捕捉运动的轨迹和速度感。 人文与风景的融合： 学习如何在壮丽的风景中融入人文元素，讲述一个更生动的故事。 慢动作与延时摄影： 探索无人机拍摄的慢动作和延时摄影，创造出独特的视觉效果。 3.4 航拍作品的后期处理：锦上添花。 后期处理是航拍作品不可或缺的一部分，它能让你的作品更加完美。 RAW格式的优势： 解释RAW格式相比JPEG格式在后期调整中的优势。 基础的色彩校正： 学习调整曝光、对比度、饱和度，让画面色彩更自然。 锐化与降噪： 提升画面清晰度，同时避免过度锐化带来的瑕疵。 局部调整： 运用蒙版等工具，对画面局部进行精细调整，突出重点。 天空的优化： 学习如何处理天空的色彩和细节，使其更加丰富。 常见的航拍后期软件介绍： 简要介绍Lightroom、Photoshop、DaVinci Resolve等常用后期软件的基本功能。 第四部分：责任与未来——成为负责任的飞行者 掌握了飞行和拍摄的技巧，最后，我们更需要关注的是成为一名负责任的无人机使用者。 4.1 持续学习与技术迭代： 无人机技术发展迅速，新機種、新功能层出不穷。我们将鼓励你保持学习的热情，关注行业动态，不断提升自己的技能。 参加飞行培训与交流活动。 关注专业论坛与社区。 了解最新的无人机技术和应用。 4.2 保护环境，尊重他人： 每一次飞行，都应该以对环境和他人负责的态度进行。 避免在自然保护区、野生动物栖息地等敏感区域飞行。 尊重他人的隐私，避免在私人场所进行窥探式飞行。 在公共场所飞行时，注意保持与行人的安全距离。 4.3 飞行安全意识的常态化： 将安全飞行变成一种习惯，将本书中的安全理念融入到每一次飞行中。 定期检查无人机硬件。 关注天气变化，及时调整飞行计划。 遵守当地的飞行法规。 结语： 《飞翔的梦想：从零开始的航拍艺术与技术》是一扇通往天空的大门，它为你打开的不仅仅是视野，更是无限的创意与可能性。当你手中掌握着遥控器，无人机在空中平稳飞行，镜头捕捉着令人惊叹的画面时，你便成为了一个真正的天空舞者，一个用镜头讲述故事的创作者。 愿你在飞翔中找到乐趣，在航拍中实现梦想，用你的作品，让更多人看到这个世界的美好与神奇。现在，系好安全带，让我们一同起飞，去探索属于你的天空！

评分☆☆☆☆☆

我是一名对电子工程有些了解的爱好者，我的需求点在于对现有技术进行深度挖掘和优化。市面上很多入门书籍对于底层协议和固件定制的探讨都浅尝辄止，但这本书在这方面的深度令人印象深刻。它详细解析了开源飞控固件（比如ArduPilot或PX4）的关键模块结构，甚至提供了如何基于这些框架进行二次开发的思路和代码片段示例。特别是关于导航算法和传感器融合（如卡尔曼滤波在姿态解算中的应用）的章节，内容扎实，引用了最新的研究成果，让我可以站在巨人的肩膀上进行更进一步的实验设计。对于想从“会组装”跃升到“能创造”的进阶玩家来说，这本书无疑是提供了一个坚实的理论和实践的桥梁。它激发了我对软件层面的兴趣，我已经开始着手研究如何优化我的路径规划算法了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计简直是艺术品级别的。在这个信息爆炸的时代，一本内容详实但阅读体验极差的书是难以让人坚持下去的。但这本书的每一个章节之间的过渡都非常自然流畅，没有那种突然跳跃感。插图和电路原理图清晰度极高，每一个细节标注得清清楚楚，即使用放大镜查看也毫无压力。更赞的是，作者在介绍每一个步骤时，都会附带一个“为什么这么做”的解释，这极大地满足了我对事物本质的探究欲。我发现，很多时候，我们组装成功了，却不知道背后的物理或电子规律，这本书彻底弥补了我的知识盲区。阅读的过程本身就是一种享受，让人感到被尊重和重视，而不是被强行灌输知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的，我一直梦想着能亲手打造属于自己的飞行器，但苦于缺乏系统性的指导。拿到这本书后，我立刻被它详尽的图文并茂的讲解深深吸引住了。从最基础的空气动力学原理，到各种传感器的选型和连接，作者都没有丝毫保留，娓娓道来。尤其是关于飞控系统的调试部分，我之前在这个环节吃了不少闭门羹，但书里给出的步骤清晰得像是手把手教学，连那些晦涩难懂的PID参数调整，都被拆解成了易于理解的概念。我按照书中的建议，采购了材料，每天下班后都沉浸在组装的乐趣中。那种掌控感和成就感，是任何成品无人机都无法比拟的。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，在我迷茫时总能及时点亮前方的路。我已经开始期待我第一个作品腾空而起的瞬间了。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我原本对手册类的书籍是有些抗拒的，总觉得它们枯燥乏味，充满了晦涩的专业术语。然而，这本让我彻底改观。作者的文笔非常生动，他似乎深知初学者在面对复杂电路和编程时的那种无助感，因此，他总能用最贴近生活、最形象的比喻来解释那些高深的理论。举个例子，他描述电调（ESC）的工作原理时，竟然用了“像一个智能的水龙头，精确控制电机的转速”来打比方，一下子就让我抓住了核心。更让我惊喜的是，书中还穿插了许多“避坑指南”，比如哪些材料容易在高温下变形，哪些焊接技巧是新手最容易犯错的。这些都是我在网上零散学习时根本找不到的“过来人”的经验，极其宝贵。这本书的价值，远超其定价，它真正实现了知识的“接地气”。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷是想给我的高中科技兴趣小组的孩子们找一本合适的教材，用于培养他们的动手能力和STEM素养。经过细致的阅读和评估，我必须说，这本书的结构非常适合教学场景。它不仅包含了理论基础，还设计了由浅入深的实践项目，每个项目完成后都能产生一个看得见摸得着的成果，这对于保持青少年的学习热情至关重要。此外，书中对安全规范的强调非常到位，从螺旋桨的安装到电磁干扰的预防，都做了详尽的提醒，这对于指导缺乏经验的学生进行实验是极其负责任的。这本书无疑可以成为我们未来一整年的校本课程核心用书，它培养的不仅仅是操作技能，更是系统性的工程思维。