四旋翼無人飛行器設計, 2/e

本書以四旋翼無人飛行器為例，主控制器採用STM32系列微處理器，從設計方案論證到器件選型等過程，對四旋翼飛行器設計進行了透徹細致的講解，並介紹了四旋翼飛行器圖像採集處理，詳細地闡述了圖像處理的過程。另外，採用μC/OSⅢ系統重新梳理了代碼，使得飛行器控制更加穩定。讀者可以根據書中給出的電路和代碼自行設計。 本書可作為電子、通信及控制等相關專業學生的參考書，也可作為相關技術人員的技術參考書。

 

 

 

 

 

 

目錄

 

 

第1章簡介

 

1.1四旋翼飛行器發展歷史

 

1.2四旋翼飛行器的研究現狀

 

1.3四旋翼飛行器的主要應用

 

第2章四旋翼飛行器的控制原理

 

2.1四旋翼飛行器的結構

 

2.2四旋翼飛行器的運動控制方法

 

2.3四旋翼飛行器各部分的工作原理

 

2.3.1飛行姿態與升力關系

 

2.3.2飛行姿態的測量

 

2.3.3加速度傳感器工作原理及角度測量

 

2.3.4陀螺儀傳感器工作原理及角度測量

 

2.3.5磁力計傳感器工作原理及測量方法

 

2.4姿態解算方法

 

2.4.1互補濾波算法

 

2.4.2卡爾曼濾波算法

 

2.4.3DMP姿態數據獲取

 

2.5PID控制算法

 

2.5.1PID概述

 

2.5.2四旋翼飛行器PID控制器設計

 

第3章硬件設計

 

3.1協議預備知識

 

3.1.1SPI總線

 

3.1.2IIC總線

 

3.1.3USART總線

 

3.2總體設計

 

3.2.1遙控器電路基本框架

 

3.2.2飛行器主控電路基本框架

 

3.3飛行器主控電路最小系統設計

 

3.3.1基本原理

 

3.3.2硬件電路設計

 

3.4姿態傳感器模塊

 

3.4.1基本原理

 

3.4.2硬件電路設計

 

3.5無線通信模塊

 

3.5.1基本原理

 

3.5.2硬件電路設計

 

3.6定高模塊

 

3.6.1超聲波定高模塊

 

3.6.2氣壓計定高模塊

 

3.7電機及驅動模塊

 

3.7.1基本原理

 

3.7.2硬件電路設計

 

3.8遙控器模塊設計

 

3.8.1基本原理

 

3.8.2硬件電路設計

 

3.9電源模塊選擇

 

3.10四旋翼飛行器的組裝

 

3.10.1電機、漿、電池、機型的相互關系

 

3.10.2機架的組裝

 

第4章軟件設計

 

4.1軟件預備知識

 

4.1.1剛體的空間角位置描述

 

4.1.2用歐拉角描述定點轉動剛體的角位置

 

4.1.3四元數

 

4.1.4控制與濾波算法

 

4.2μC/OSⅢ系統

 

4.2.1採用μC/OSⅢ操作系統的必要性

 

4.2.2μC/OSⅢ文件結構

 

4.2.3典型μC/OSⅢ應用示例

 

4.3主控程序初始化設置及說明

 

4.3.1SPI的I/O口初始化實現

 

4.3.2IIC的I/O口初始化實現

 

4.3.3定時器初始化實現

 

4.3.4電子調速器初始化實現

 

4.4姿態傳感器軟件設計

 

4.4.1軟件設計基本思路

 

4.4.2DMP 

 

4.4.3代碼實現及解析

 

4.5氣壓計軟件設計

 

4.5.1軟件設計基本思路

 

4.5.2代碼實現及解析

 

4.5.3自主高度控制的實現

 

4.6遙控器軟件設計

 

4.6.1軟件設計基本思路

 

4.6.2無線模塊代碼實現及解析

 

4.6.3搖桿代碼實現及解析

 

4.7攝像頭軟件設計

 

4.7.1軟件設計基本思路

 

4.7.2攝像頭的數據讀取

 

4.8上位機設計

 

4.8.1幀頭檢測模塊

 

4.8.23D模型路徑模塊

 

4.8.33D模型屬性設置模塊

 

4.8.4陀螺儀3D數據顯示模塊

 

第5章四旋翼飛行器圖像採集處理專題

 

5.1總體概述

 

5.2圖像算法

 

5.2.1自適應中值濾波算法

 

5.2.2Sobel邊緣提取算法

 

5.2.3OTSU二值化算法

 

5.2.4並行Zhang圖像細化算法

 

5.2.5概率累加霍夫變換算法

 

5.3實驗結果及分析

 

附錄A調試、問題解析及改進方向隨想

 

附錄BSTM32F4最小系統電路圖

 

附錄C遙控器電路

 

附錄D飛控板連接電路

 

參考文獻