空心杯四旋翼飞行器设计与应用

**篇　基础篇 1
第1章　无人机概述 2
1．1　无人机的发展历史 3
1．2　什么是无人机 7
1．2．1　固定翼无人机 7
1．2．2　旋翼无人机 8
1．2．3　旋翼无人机与固定翼无人机的优缺点 9
1．3　归纳总结 13
1．4　科学精神的培养 13
第2章　四旋翼飞行器结构和原理 14
2．1　四旋翼飞行器的分类 14
2．2　四旋翼飞行器坐标系的建立 15
2．3　四旋翼飞行器的结构特性 16
2．4　四旋翼飞行器的运动模式分析 16
2．4．1　垂直上升与下降运动 16
2．4．2　俯仰运动 18
2．4．3　横滚运动 19
2．4．4　偏航运动 20
2．4．5　水平运动 22
2．5　四旋翼飞行器的基本组成 23
2．5．1　电机 24
2．5．2　电调 25
2．5．3　电池 28
2．5．4　正反螺旋桨 31
2．5．5　机架 35
2．5．6　飞行控制器 40
2．5．7　遥控器 43
2．6　归纳总结 44
2．7　科学精神的培养 45
第二篇　硬件篇 47
第3章　开发环境之AD、Keil 48
3．1　开发环境的搭建和介绍 48
3．2　元件封装库的建立 50
3．2．1　元件库的建立 50
3．2．2　封装库的建立 55
3．2．3　第三方元件库和封装库的导入 58
3．3　建立工程指导 59
3．3．1　建立**个工程 59
3．3．2　创作遥控器PCB 61
3．4　Keil ?Vision4集成开发环境（IDE）介绍和获取 67
3．5　stc-isp-15xx-v6．85的获取 68
3．5．1　软件安装 68
3．5．2　Keil ?Vision4软件的使用 68
3．6　归纳总结 74
3．7　科学精神的培养 74
第4章　空心杯小四轴无人机电路板制作 75
4．1　制作小四轴飞行器所需的工具与元器件 75
4．1．1　飞行控制器电路板元器件材料清单 75
4．1．2　空心杯小四轴飞行控制器电路板 76
4．1．3　制作工具 77
4．2　飞控原理图绘制 77
4．2．1　主控与指示灯 77
4．2．2　电源电路的选择 80
4．2．3　姿态角度获取电路 82
4．2．4　电机驱动部分电路 83
4．2．5　无线模块接口电路 84
4．2．6　下载接口 85
4．2．7　气压计电路 86
4．3　制作遥控器需要的元器件清单 87
4．3．1　焊接遥控器所需要的元器件清单 87
4．3．2　遥控器电路板 88
4．4　遥控器原理图绘制 89
4．4．1　主控与下载电路 89
4．4．2　摇杆电位器电路 90
4．4．3　遥控器电源电路 92
4．4．4　微调电路 92
4．4．5　体感控制电路 93
4．4．6　按键模块 94
4．4．7　无线模块接口电路 95
4．4．8　蜂鸣器电路 95
4．5　归纳总结 95
4．6　科学精神的培养 96
第5章　四轴PCB手工焊接方法 98
5．1　所需工具 98
5．1．1　焊台和电烙铁 98
5．1．2　其他工具 99
5．2　手工焊接表面贴片流程 100
5．3　PCB实物图 100
5．4　MPU-6050的焊接方法 101
5．4．1　MPU-6050的封装形式 101
5．4．2　MPU-6050手工焊接方法 102
5．5　主控芯片手工焊接流程 103
5．5．1　主控芯片实物图 103
5．5．2　主控芯片的手工焊接方法 104
5．5．3　其他芯片手工焊接方法 106
5．6　其他器件的焊接 106
5．6．1　电阻和电容的焊接 106
5．6．2　贴片LED正负极的判断方法 107
5．6．3　电机的焊接问题 107
5．6．4　焊接完成效果 108
5．7　归纳总结 109
5．8　科学精神的培养 109
第三篇　飞控篇 111
第6章　MPU-6050六轴（陀螺仪+加速度计）传感器介绍及通信 112
6．1　MPU-6050六轴（陀螺仪+加速度计）传感器介绍 112
6．1．1　概述 112
6．1．2　特征 113
6．1．3　MPU-6050的应用领域 114
6．1．4　引脚介绍 114
6．1．5　硬件连接 116
6．2　I2C总线的介绍与使用 118
6．3　I2C总线硬件结构和时序 119
6．3．1　I2C总线硬件结构图 119
6．3．2　I2C总线通信时序 120
6．4　I2C总线4个信号的程序分析 121
6．4．1　启动信号的程序 123
6．4．2　停止信号的程序 123
6．4．3　应答信号的程序 124
6．4．4　I2C设备发送一个字节数据的程序 124
6．4．5　I2C设备接收一个字节数据的程序 125
6．4．6　I2C设备写入一个字节数据的程序 126
6．4．7　I2C设备读取一个字节数据的程序 127
6．5　MPU-6050内部寄存器设置 128
6．6　归纳总结 150
6．7　科学精神的培养 150
第7章　基于STC15系列单片机飞控核心算法研究 151
7．1　姿态解算 151
7．1．1　姿态解算对于飞行器的作用 151
7．1．2　姿态解算涉及的传感器 152
7．1．3　四元数预备知识 152
7．1．4　利用四元数计算欧拉角 153
7．2　滤波算法 167
7．2．1　算术平均滤波法 167
7．2．2　滑动平均滤波法 168
7．2．3　互补滤波算法 168
7．2．4　卡尔曼滤波算法的介绍 169
7．2．5　卡尔曼滤波算法 169
7．3　PID控制算法 170
7．3．1　比例控制 170
7．3．2　比例-积分控制 171
7．3．3　比例-微分控制 172
7．3．4　比例-积分-微分控制 172
7．4　常见定高方式和选择 173
7．4．1　常见气压计介绍 173
7．4．2　为什么选择气压计定高方式 176
7．5　归纳总结 176
7．6　科学精神的培养 177
第8章　PID参数调节方法和整定 178
8．1　PID各参数的含义及其重要性 178
8．2　PID在实际中的使用 180
8．3　超声波程序分析与讲解 183
8．3．1　模块介绍 183
8．3．2　超声波时序图分析 184
8．3．3　超声波程序 185
8．4　使用PID调节定高 187
8．4．1　PID调节定高程序 187
8．4．2　PID程序分析 189
8．4．3　调节定高问题分析 191
8．5　PID参数在飞行器上的整定 192
8．5．1　调试前的准备 192
8．5．2　飞行器方向的设定 192
8．5．3　调节内环 193
8．5．4　程序分析 195
8．5．5　串级PID的程序分析 199
8．6　归纳总结 200
8．7　科学精神的培养 201
第9章　油门补偿 202
9．1　A/D转换器 202
9．2　A/D转换测试程序详解 205
9．3　归纳总结 210
9．4　科学精神的培养 211
第10章　四旋翼飞行器的上位机调试 212
10．1　串行口内部结构 212
10．2　串口通信的原理 213
10．3　串行口1的相关寄存器 216
10．4　飞行器与上位机通信测试代码 218
10．4．1　uart．h代码 218
10．4．2　uart．c代码 219
10．5　上位机查看数据操作步骤 224
10．5．1　程序的下载 224
10．5．2　串口调试参数的方法 226
10．6　归纳总结 231
10．7　科学精神的培养 231
第11章　PWM信号和15系列单片机PWM信号的产生 232
11．1　PWM介绍 232
11．2　软件模拟PWM 233
11．3　15系列单片机内部PWM设置 235
11．3．1　I/O口模式设置 236
11．3．2　寄存器设置 237
11．4　程序的编写与实现 245
11．4．1　15系列单片机PWM．h程序 245
11．4．2　PWM初始化程序 246
11．4．3　调节占空比输出程序 251
11．5　归纳总结 252
11．6　科学精神的培养 252
第12章　基于STC15系列单片机遥控器控制算法 253
12．1　2．4GHz无线发送 254
12．2　摇杆控制飞行模式 259
12．3　体感控制飞行模式 262
12．4　OLED显示屏 263
12．5　归纳总结 268
12．6　科学精神的培养