第1章 简介 1
1.1四旋翼飞行器发展历史 1
1.2四旋翼飞行器的研究现状 3
1.3四旋翼飞行器的主要应用 4
第2章 四旋翼飞行器的控制原理 5
2.1四旋翼飞行器的结构 5
2.2四旋翼飞行器的运动控制方法 6
2.3四旋翼飞行器各部分的工作原理 8
2.3.1飞行姿态与升力关系 8
2.3.2飞行姿态的测量 10
2.3.3加速度传感器工作原理及角度测量 10
2.3.4陀螺仪传感器工作原理及角度测量 11
2.3.5磁力计传感器工作原理及测量方法 12
2.4姿态解算方法 13
2.4.1互补滤波算法 13
2.4.2卡尔曼滤波算法 15
2.4.3 DMP姿态数据获取 17
2.5 PID控制算法 20
2.5.1 PID概述 20
2.5.2四轴飞行器PID控制器设计 21
第3章 硬件设计 23
3.1协议预备知识 23
3.1.1 SPI总线 23
3.1.2 I2C总线 26
3.1.3 USART总线 29
3.2总体设计 32
3.2.1遥控器电路基本框架 32
3.2.2飞行器主控电路基本框架 32
3.3飞行器主控电路最小系统设计 33
3.3.1基本原理 33
3.3.2硬件电路设计 34
3.4姿态传感器模块 36
3.4.1基本原理 37
3.4.2硬件电路设计 39
3.5无线通信模块 40
3.5.1基本原理 41
3.5.2硬件电路设计 42
3.6定高模块 43
3.6.1超声波定高模块 43
3.6.2气压计定高模块 45
3.7电机及驱动模块 47
3.7.1基本原理 48
3.7.2硬件电路设计 49
3.8遥控器模块设计 50
3.8.1基本原理 50
3.8.2硬件电路设计 52
3.9电源模块选择 54
3.10四轴飞行器的组装 55
3.10.1电机、浆、电池、机型的相互关系 55
3.10.2机架的组装 56
第4章 软件设计 57
4.1软件预备知识 57
4.1.1刚体的空间角位置描述 57
4.1.2用欧拉角描述定点转动刚体的角位置 57
4.1.3四元数 60
4.1.4控制与滤波算法 60
4.2主控程序初始化设置及说明 65
4.2.1 SPI的I/O口初始化实现 67
4.2.2 IIC的I/O口初始化实现 69
4.2.3定时器初始化实现 71
4.2.4电子调速器初始化实现 72
4.3姿态传感器软件设计 74
4.3.1软件设计基本思路 74
4.3.2 DMP 75
4.3.3代码实现及解析 81
4.4气压计软件设计 85
4.4.1软件设计基本思路 85
4.4.2代码实现及解析 88
4.4.3自主高度控制的实现 95
4.5遥控器软件设计 96
4.5.1软件设计基本思路 98
4.5.2无线模块代码实现及解析 98
4.5.3摇杆代码实现及解析 104
4.6摄像头软件设计 109
4.6.1软件设计基本思路 109
4.6.2摄像头的数据读取 109
4.6.3摄像头的数据处理 112
4.7上位机设计 114
4.7.1帧头检测模块 116
4.7.2 3D模型路径模块 118
4.7.3 3D模型属性设置模块 118
4.7.4陀螺仪3D数据显示模块 120
第5章 调试、问题解析及改进方向随想 122
附录A STM32F4最小系统电路图 123
附录B遥控器电路 127
附录C飞控板连接电路 129
参考文献 130