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多旋翼無人飛行器嵌入式飛控開發指南

為了解決手機接口轉換器的問題，作者林慶峰等 這樣論述：

隨着集成電路、微控制器以及微機電技術的發展，多旋翼無人飛行器的控制技術得到了蓬勃的發展。隨着大疆、派諾特、3DR等國內外一系列無人機公司推出針對普通大眾的消費級無人機產品，無人機作為一個普通消費應用也得到了大眾的認可和接受，越來越多的工程技術人員將多旋翼無人飛行器作為一個經典的控制系統來進行學習和研究。本書主要圍繞多旋翼無人機的飛控系統設計，從嵌入式的基礎知識開始，深入淺出地介紹了無人機的基本知識和硬件構成，重點介紹了無人機的飛控系統原理、基礎和開發流程，針對飛行器系統的狀態解算介紹了幾種不同的解算方法，並給出相應的實際代碼例程。本書從各方面對無人機系統的設計進行闡述，並提供了最前沿的知識和信

息，既有初學者希望了解的基礎知識，也有行業研究者所希望深入了解的算法分析，以及室內定位SLAM原理等。除了正文部分，本書還提供了豐富的附錄，包括四旋翼無人機的組裝、無刷電機與電調的相關知識、無人機實驗室的相關研發調試設備，以及業界流行的開源飛控的相關知識，甚至包括無人機的相關應用，讓讀者能夠更全面地熟悉和了解整個無人機行業的生態系統。本書特別適合作為高等院校自動化、計算機、電子工程等相關專業「多旋翼無人飛行器設計」課程的教材，也可供從事嵌入式系統開發與應用的工程技術人員參考。林慶峰吉林大學交通學院博士畢業，清華大學汽車工程系博士后，密歇根大學訪問學者，現任教於北京航空航天大學交通科學與工程學院

。主要研究方向為智能汽車、駕駛輔助系統。出版、參編專着與教材多部。諶利，北京航空航天大學電子信息工程學院碩士畢業，現任職於武漢飛航科技有限公司副總經理，負責領導公司研發團隊。主要研究方向為嵌入式微處理器，通信與信息系統。出版《深入淺出Coldfire系列32位嵌入式微處理器》、《ARM認證工程師應試指南》等專着與教材多部。奚海蛟北京航空航天大學電子信息工程學院博士畢業、博士后，武漢飛航科技有限公司創始人。主要研究方向為飛行器仿真、嵌入式與物聯網技術。曾獲首屆中國航空創業大賽一等獎、中國航空創新創業大會優秀獎等多項獎勵，出版物聯網、嵌入式技術等等專着與教材10余部。 第1章多

旋翼無人機基礎知識1.1無人機的介紹1.2無人機的分類與管理1.3無人機與航空模型的區別1.4多旋翼無人機的發展歷史1.5多旋翼無人機的組成1.5.1機架系統1.5.2動力系統1.5.3動力電源與充電系統1.5.4電子調速器1.5.5飛行控制系統1.5.6遙控器和遙控接收機1.5.7遙測鏈路數傳系統1.5.8光流定位系統1.5.9全球衛星導航系統1.5.10高度計1.5.11導航系統1.5.12無線圖傳系統1.5.13地面站控制系統1.5.14任務載荷雲台和攝像頭1.5.15避障系統1.5.16虛擬現實和增強現實系統1.6多旋翼飛行器的結構和飛行原理1.6.1多旋翼飛行器的機身布局1.6.2多

旋翼飛行器的旋翼結構1.6.3多旋翼飛行器的飛行原理1.6.4多旋翼的優缺點1.7開源飛控簡介第2章飛行控制系統核心硬件2.1ARM Cortex?M4架構2.1.1ARM內核2.1.2Cortex?M4內核2.1.3以ARM Cortex?M4為核心的微控制器2.2STM32F4系列微控制器2.3飛行控制系統硬件架構設計與原理2.3.1遙控接收機接口2.3.2電調輸出接口2.3.3傳感器接口2.3.4GNSS接口2.3.5SWD調試口2.3.6超聲波接口2.3.7系統供電2.3.8遙測數傳2.3.9其他功能和擴展接口2.4「光標」飛控PCB的布局設計2.5飛控系統硬件設計注意事項第3章嵌入式

實時操作系統和FreeRTOS3.1實時操作系統簡介3.1.1實時操作系統的定義3.1.2實時操作系統的特征3.2實時操作系統在飛控系統中的重要性3.3FreeRTOS實時操作系統3.3.1FreeRTOS簡介3.3.2FreeRTOS的特點3.3.3FreeRTOS架構概述3.4調度策略3.4.1FreeRTOS支持的調度方式3.4.2調度器簡介3.4.3搶占式調度器3.4.4時間片調度器3.5任務及任務優先級3.5.1任務和協程(Co?routines)3.5.2任務狀態3.5.3任務優先級3.5.4任務優先級分配方案3.6任務間通信——信號量3.6.1信號量的概念及其作用3.6.2Fre

eRTOS任務間計數信號量的實現3.6.3FreeRTOS中斷方式計數信號量的實現3.6.4計數信號量API函數3.7任務間通信—消息隊列3.7.1消息隊列的概念及其作用3.7.2FreeRTOS任務間消息隊列的實現3.7.3FreeRTOS中斷方式消息隊列的實現3.7.4消息隊列API函數3.8任務間通信——互斥信號量3.8.1互斥信號量的概念及其作用3.8.2優先級翻轉問題3.8.3FreeRTOS互斥信號量的實現3.8.4互斥信號量API函數3.9飛控系統的任務規划與5環控制第4章飛行控制系統的定時器4.1STM32F407的系統時鍾配置4.1.1STM32F4的系統時鍾樹4.1.2ST

M32F4的系統時鍾初始化4.1.3STM32F4的系統時鍾使能和配置4.2ST微控制器的定時器模塊4.2.1高級控制定時器(Advanced?control Timers)4.2.2通用定時器(General?purpose Timers)4.2.3基本定時器(Basic Timers)4.3任務調度定時器4.4遙控器PWM編碼和定時器輸入捕獲4.5電子調試器的輸出控制PWM和定時器輸出比較模式第5章飛控系統的傳感器5.1飛控系統的傳感器5.2ST微控制器的I2C驅動5.2.1I2C簡介5.2.2I2C驅動在STM32中的硬件實現5.2.3I2C驅動在STM32中的軟件實現5.3加速度計的原

理和測量信息5.3.1加速度計的原理5.3.2加速度計的測量信息5.4加速度計原始數據采集、校准和濾波5.4.1加速度計原始數據采集5.4.2加速度計校准5.5陀螺儀的原理和測量信息5.5.1陀螺儀的原理5.5.2陀螺儀的測量信息5.6陀螺儀的原始數據采集、校准和濾波5.6.1陀螺儀原始數據采集5.6.2陀螺儀校准5.6.3加速度計與陀螺儀的濾波5.7磁力計的工作原理和測量信息5.7.1磁力計的原理5.7.2磁力計的測量信息5.8磁力計的原始數據采集、校准和濾波5.8.1磁力計原始數據采集5.8.2磁力計校准5.8.3磁力計的濾波5.9超聲波傳感器簡介5.9.1超聲波傳感器原理5.9.2超聲波

傳感器簡介5.10超聲波傳感器的數據采集驅動和濾波5.10.1超聲波傳感器數據采集驅動5.10.2超聲波傳感器的濾波5.11氣壓傳感器簡介5.12氣壓傳感器的數據采集驅動5.13激光測距測高傳感器5.14視覺傳感器5.14.1光流5.14.2視覺里程計第6章狀態估計6.1組合導航6.2飛行器的坐標系6.3方向余弦矩陣和歐拉角6.3.1方向余弦矩陣6.3.2姿態與歐拉角6.3.3歐拉角的定軸轉動表示矩陣6.4四元數6.4.1四元數的定義6.4.2四元數與旋轉的關系6.5四元數的姿態估計6.6卡爾曼濾波6.7擴展卡爾曼濾波6.8幾種算法的總結比較第7章線性控制系統PID控制算法7.1控制理論與PI

D線性控制系統原理7.1.1比例控制7.1.2積分控制7.1.3微分控制7.2飛控算法PID框架設計7.3飛控算法外環PID實現7.4飛控算法內環PID實現7.5信號濾波7.5.1移動平滑濾波7.5.2FIR濾波7.5.3IIR濾波7.6PID參數的調試7.6.1飛控的PID參數7.6.2調試步驟第8章油門和高度控制8.1油門輸入曲線8.2油門解鎖功能8.3油門權重分配和電調輸出8.4高度控制第9章自主導航系統9.1自主導航概述9.2室內定位9.2.1室內定位技術9.2.2視覺導航9.2.3SLAM簡介9.2.4視覺SLAM閉環檢測與后端優化9.3室外GPS定位和NEMA實現9.3.1GPS定

位系統的基本工作原理9.3.2單點定位9.3.3相對定位9.3.4差分定位9.3.5GPS標准協議NEMA9.4航路規划9.4.1航線規划9.4.2軌跡規划9.5SINS/GPS組合導航的模型和算法9.5.1SINS和GPS接收機的誤差模型9.5.2SINS/GPS松組合的狀態方程和量測方程9.5.3SINS/GPS緊組合的狀態方程和量測方程9.5.4方程離散化和卡爾曼濾波9.6避障系統9.6.1避障使用的傳感器9.6.2避障算法9.6.3避障過程中存在的問題第10章遙測數傳通信鏈路10.1通用數傳模塊分類及其性能10.1.1無人機數傳模塊簡介10.1.2調制方式的划分10.1.3傳輸距離及其

影響因素10.2ST微控制器的串口通信和數傳模塊硬件接口10.2.1ST微控制器的串口通信10.2.2數傳模塊的硬件接口10.3簡單通信信源編碼協議及其實現10.3.1信源編碼10.3.2串口通信協議10.4MAVLink協議實現10.4.1MAVLink協議簡介10.4.2MAVLink數據包結構10.4.3MAVLink消息幀講解10.4.4MAVLink消息幀發送與解析10.5地面站數據接收與數據解析10.5.1PC端地面站數據采集與存儲10.5.2Android地面站數據接收10.5.3Android地面站數據存儲與分析第11章其他輔助功能11.1參數存儲、在線更新與加載11.2調試L

ED 11.3失控保護功能11.4手機WiFi控制11.5手機藍牙控制11.6第一人稱視角FPV控制11.6.1FPV的定義11.6.2FPV的設備組成11.6.3FPV眼鏡與VR眼鏡的區別11.7無人機應用領域11.7.1拍照攝影11.7.2植保無人機11.7.3電力巡檢11.7.4環保領域的應用第12章基於STM32F4的基礎程序開發12.1處理器STM32F4簡介12.1.1系統總線12.1.2系統接口12.2開發環境簡介12.2.1軟件安裝12.2.2工程創建12.2.3軟件介紹12.2.4程序調試12.3STM32固件庫12.3.1固件庫介紹12.3.2固件庫移植12.4LED顯示1

2.4.1硬件設計12.4.2軟件設計12.4.3實驗現象12.5USART串口的使用12.5.1硬件設計12.5.2軟件設計12.5.3實驗現象12.6ADC模數轉換器12.6.1軟件設計12.6.2實驗現象12.7定時器中斷12.7.1定時器中斷的原理12.7.2軟件設計12.7.3實驗現象12.8FreeRTOS實時操作系統簡介12.8.1FreeRTOS基礎應用12.8.2FreeRTOS實例12.8.3實驗現象12.9FreeRTOS操作EEPROM12.9.1程序設計12.9.2實驗現象12.10FreeRTOS操作MPU605012.10.1軟件設計12.10.2實驗現象12.1

1FreeRTOS操作磁力計12.11.1軟件設計12.11.2實驗現象12.12FreeRTOS操作氣壓計12.12.1軟件設計12.12.2實驗現象附錄AF450四旋翼飛行器DIY組裝流程A.1材料清單A.2焊接電機A.3機架的安裝A.4飛控模塊安裝A.5電調行程校准A.6電調、遙控接收機、數傳模塊與飛控的連接A.7遙控操作說明A.8圖傳系統連接附錄B無刷電機與電子調速器介紹B.1無刷直流電機B.2電子調速器換相的相關知識B.3電調啟動頻率附錄C無人機實驗室研發調試設備C.1FH550四旋翼無人機研發系統C.2應用級無人機系統C.3高級航拍數字圖傳系統C.4便攜式地面測控站系統C.5高級飛

行器3自由度姿態算法驗證系統C.6高級飛行器動力系統扭矩測量系統C.7高級飛行器動力系統拉力測量系統C.8微機電傳感器測量校准平台C.9工業級數據處理中心附錄D電子羅盤橢球校准算法代碼實例參考文獻

跟我學App Inventor 2

為了解決手機接口轉換器的問題，作者謝作如等 這樣論述：

MIT App Inventor是一款圖形化的APP開發環境，用戶能夠以拖曳積木的形式開發Android平台的應用程序。謝作如、鄭祥、張潔編着的《跟我學AppInventor2(中國電子學會創客教育專家委員會推薦教材)》以AppInventor2.0為開發平台，結合大量的具體案例，如音樂搖搖樂、GPS計步器等，深入淺出地介紹了App的開發過程和App Inventor的編程功能，並且逐步講解第三方API應用接口調用，App和Arduino硬件、Web服務結合等應用。本書適合中學生和學有余力的小學高年級學生，同時也適用於零基礎的大學生、成年初學者。只要對安卓App開發感興趣，

或者對創客感興趣，本書將是一本不可多得的創客秘籍。