第1章 四旋翼飞行器概述与发展现状 1
1.1空中机器人 1
1.2国内外四旋翼飞行器的研究现状 3
1.2.1国外研究现状 6
1.2.2国内研究现状 11
1.3四旋翼飞行器技术关键 15
1.3.1总体设计优化 15
1.3.2能源动力系统 15
1.3.3建立数学模型 15
1.3.4飞行控制 16
1.3.5定位、导航与通信 16
第2章 四旋翼飞行器飞行原理 17
2.1基本原理 17
2.2四旋翼飞行器姿态表示 20
2.2.1坐标系统建立 20
2.2.2姿态解算 21
2.3平衡控制算法 26
2.3.1四旋翼飞行器的PID调节原理 26
2.3.2四旋翼飞行器的PID参数整定（利用MATLAB仿真确定理论参数） 31
2.4滤波算法 33
2.4.1卡尔曼滤波算法 33
2.4.2互补滤波算法 37
第3章 四旋翼飞行器常用通信协议 39
3.1常用通信接口协议 39
3.1.1 SPI 39
3.1.2 12 C 43
3.1.3 USART 49
3.2常用RC（Radio Controller）通信协议 52
3.2.1 PPM 52
3.2.2 PWM 53
第4章 四旋翼飞行器硬件系统设计 55
4.1四旋翼飞行器系统硬件总体结构 55
4.1.1主控板 56
4.1.2外围传感器 71
4.1.3遥控器介绍 93
4.2机架的构造与电机的选用 95
4.2.1机架结构与设备安装 95
4.2.2电机与桨的选用 96
第5章 四旋翼飞行器软件系统设计 98
5.1开发工具简介 98
5.1.1 CCS 98
5.1.2 IAR 98
5.1.3 Keil 99
5.2飞行控制板控制系统软件总体设计 100
5.2.1总体框架 100
5.2.2初始化 100
5.2.3中断处理 101
5.2.4飞行控制程序中的重要变量列表 101
5.3四旋翼飞行器具体功能软件实现 103
5.3.1定高飞行 103
5.3.2定点悬停与位移控制 104
5.3.3数据传输设计 109
5.3.4控制系统设计 110
5.4地面站软件设计 112
5.4.1地面站系统组成与图形化的界面操作设计 112
5.4.2与四旋翼飞行器的通信协议 114
5.4.3遥控器PPM信号捕获 116
5.5上位机软件设计 117
5.5.1软件功能 117
5.5.2软件实现 121
第6章 四旋翼飞行器制作及调试方法 129
6.1飞行控制板PCB板制作与调试技术 129
6.2四旋翼飞行器的组装 133
6.2.1飞行器的组装步骤 133
6.2.2新组装四旋翼飞行器的第一次调试过程 134
6.3常见调试问题与解决方案 137
6.3.1 PID参数调整经验 137
6.3.2减少机械振动以提高飞行稳定性 140
第7章 成功案例 141
7.1竞赛作品1——2015年（瑞萨杯）全国大学生电子设计竞赛 141
7.1.1题目要求 141
7.1.2系统方案 143
7.1.3实现方案 143
7.1.4软硬件方案 145
7.1.5测试 146
7.2竞赛作品2——2016年（TI杯）上海市大学生电子设计竞赛 147
7.2.1题目要求 147
7.2.2系统方案 148
7.2.3实现方案 149
7.2.4硬件与程序方案 150
7.2.5测试 152
7.3毕业设计作品1——目标跟踪四旋翼飞行器 152
7.3.1课题概述 152
7.3.2硬件系统设计 153
7.3.3飞行控制板软件系统设计 154
7.3.4系统板软件系统设计 155
7.3.5总结与展望 157
7.4毕业设计作品2——基于Kinect的穿窗和手势控制四旋翼飞行器 158
7.4.1课题概述 158
7.4.2硬件系统概述 158
7.4.3目标物体定位和追踪 161
7.4.4路径规划及控制 166
7.4.5总结与展望 175
参考文献 178