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多旋翼無人飛行器嵌入式習控開發(fā)指南 版權信息
- ISBN：9787302472568
- 條形碼：9787302472568 ; 978-7-302-47256-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
多旋翼無人飛行器嵌入式習控開發(fā)指南 本書特色
隨著集成電路、微控制器以及微機電技術的發(fā)展，多旋翼無人飛行器的控制技術得到了蓬勃的發(fā)展。隨著大疆、派諾特、3DR等國內(nèi)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(chǎn)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(jīng)典的控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)原理、基礎和開發(fā)流程，針對飛行器系統(tǒng)的狀態(tài)解算介紹了幾種不同的解算方法，并給出相應的實際代碼例程。本書從各方面對無人機系統(tǒng)的設計進行闡述，并提供了*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(yè)研究者所希望深入了解的算法分析，以及室內(nèi)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(diào)的相關知識、無人機實驗室的相關研發(fā)調(diào)試設備，以及業(yè)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(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。 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(yè)“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(tǒng)開發(fā)與應用的工程技術人員參考。
多旋翼無人飛行器嵌入式習控開發(fā)指南 內(nèi)容簡介
本書從嵌入式的基礎知識開始，深入淺出地介紹了多旋翼無人飛行器（無人機）的基本設計方法。書中全面論述了無人機的硬件構成、飛控系統(tǒng)原理和開發(fā)流程，針對飛行器系統(tǒng)的狀態(tài)解算給出了幾種不同的解算方法，并給出了相應的實際代碼。全書從各方面對無人機系統(tǒng)的設計進行了闡述，提供了*前沿的信息，既包括初學者希望熟悉的基礎知識，也有研究者希望深入了解的算法分析，以及室內(nèi)定位SLAM原理等，滿足不同層次的讀者的學習需求。教學課件（PPT）與相關案例代碼可以到清華大學出版社網(wǎng)站本書頁面下載。
多旋翼無人飛行器嵌入式習控開發(fā)指南 目錄
目錄
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(qū)別
1.4多旋翼無人機的發(fā)展歷史
1.5多旋翼無人機的組成
1.5.1機架系統(tǒng)
1.5.2動力系統(tǒng)
1.5.3動力電源與充電系統(tǒng)
1.5.4電子調(diào)速器
1.5.5飛行控制系統(tǒng)
1.5.6遙控器和遙控接收機
1.5.7遙測鏈路數(shù)傳系統(tǒng)
1.5.8光流定位系統(tǒng)
1.5.9全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)
1.5.10高度計
1.5.11導航系統(tǒng)
1.5.12無線圖傳系統(tǒng)
1.5.13地面站控制系統(tǒng)
1.5.14任務載荷云臺和攝像頭
1.5.15避障系統(tǒng)
1.5.16虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實系統(tǒng)
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(yōu)缺點
1.7開源飛控簡介
第2章飛行控制系統(tǒng)核心硬件
2.1ARM CortexM4架構
2.1.1ARM內(nèi)核
2.1.2CortexM4內(nèi)核
2.1.3以ARM CortexM4為核心的微控制器
2.2STM32F4系列微控制器
2.3飛行控制系統(tǒng)硬件架構設計與原理
2.3.1遙控接收機接口
2.3.2電調(diào)輸出接口
2.3.3傳感器接口
2.3.4GNSS接口
2.3.5SWD調(diào)試口
2.3.6超聲波接口
2.3.7系統(tǒng)供電
2.3.8遙測數(shù)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(tǒng)硬件設計注意事項
第3章嵌入式實時操作系統(tǒng)和FreeRTOS
3.1實時操作系統(tǒng)簡介
3.1.1實時操作系統(tǒng)的定義
3.1.2實時操作系統(tǒng)的特征
3.2實時操作系統(tǒng)在飛控系統(tǒng)中的重要性
3.3FreeRTOS實時操作系統(tǒng)
3.3.1FreeRTOS簡介
3.3.2FreeRTOS的特點
3.3.3FreeRTOS架構概述
3.4調(diào)度策略
3.4.1FreeRTOS支持的調(diào)度方式
3.4.2調(diào)度器簡介
3.4.3搶占式調(diào)度器
3.4.4時間片調(diào)度器
3.5任務及任務優(yōu)先級
3.5.1任務和協(xié)程(Coroutines)
3.5.2任務狀態(tài)
3.5.3任務優(yōu)先級
3.5.4任務優(yōu)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
3.6.2FreeRTOS任務間計數(shù)信號量的實現(xiàn)
3.6.3FreeRTOS中斷方式計數(shù)信號量的實現(xiàn)
3.6.4計數(shù)信號量API函數(shù)
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(xiàn)
3.7.3FreeRTOS中斷方式消息隊列的實現(xiàn)
3.7.4消息隊列API函數(shù)
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(yōu)先級翻轉(zhuǎn)問題
3.8.3FreeRTOS互斥信號量的實現(xiàn)
3.8.4互斥信號量API函數(shù)
3.9飛控系統(tǒng)的任務規(guī)劃與5環(huán)控制
第4章飛行控制系統(tǒng)的定時器
4.1STM32F407的系統(tǒng)時鐘配置
4.1.1STM32F4的系統(tǒng)時鐘樹
4.1.2STM32F4的系統(tǒng)時鐘初始化
4.1.3STM32F4的系統(tǒng)時鐘使能和配置
4.2ST微控制器的定時器模塊
4.2.1高級控制定時器(Advancedcontrol Timers)
4.2.2通用定時器(Generalpurpose Timers)
4.2.3基本定時器(Basic Timers)
4.3任務調(diào)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(diào)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(tǒng)的傳感器
5.1飛控系統(tǒng)的傳感器
5.2ST微控制器的I2C驅(qū)動
5.2.1I2C簡介
5.2.2I2C驅(qū)動在STM32中的硬件實現(xiàn)
5.2.3I2C驅(qū)動在STM32中的軟件實現(xiàn)
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(shù)據(jù)采集、校準和濾波
5.4.1加速度計原始數(shù)據(jù)采集
5.4.2加速度計校準
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(shù)據(jù)采集、校準和濾波
5.6.1陀螺儀原始數(shù)據(jù)采集
5.6.2陀螺儀校準
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(shù)據(jù)采集、校準和濾波
5.8.1磁力計原始數(shù)據(jù)采集
5.8.2磁力計校準
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(shù)據(jù)采集驅(qū)動和濾波
5.10.1超聲波傳感器數(shù)據(jù)采集驅(qū)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(shù)據(jù)采集驅(qū)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(tài)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(tài)與歐拉角
6.3.3歐拉角的定軸轉(zhuǎn)動表示矩陣
6.4四元數(shù)
6.4.1四元數(shù)的定義
6.4.2四元數(shù)與旋轉(zhuǎn)的關系
6.5四元數(shù)的姿態(tài)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(tǒng)PID控制算法
7.1控制理論與PID線性控制系統(tǒng)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(huán)PID實現(xiàn)
7.4飛控算法內(nèi)環(huán)PID實現(xiàn)
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(shù)的調(diào)試
7.6.1飛控的PID參數(shù)
7.6.2調(diào)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(diào)輸出
8.4高度控制
第9章自主導航系統(tǒng)
9.1自主導航概述
9.2室內(nèi)定位
9.2.1室內(nèi)定位技術
9.2.2視覺導航
9.2.3SLAM簡介
9.2.4視覺SLAM閉環(huán)檢測與后端優(yōu)化
9.3室外GPS定位和NEMA實現(xiàn)
9.3.1GPS定位系統(tǒng)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標準協(xié)議NEMA
9.4航路規(guī)劃
9.4.1航線規(guī)劃
9.4.2軌跡規(guī)劃
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(tài)方程和量測方程
9.5.3SINS/GPS緊組合的狀態(tài)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(tǒng)
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(shù)傳通信鏈路
10.1通用數(shù)傳模塊分類及其性能
10.1.1無人機數(shù)傳模塊簡介
10.1.2調(diào)制方式的劃分
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(shù)傳模塊硬件接口
10.2.1ST微控制器的串口通信
10.2.2數(shù)傳模塊的硬件接口
10.3簡單通信信源編碼協(xié)議及其實現(xiàn)
10.3.1信源編碼
10.3.2串口通信協(xié)議
10.4MAVLink協(xié)議實現(xiàn)
10.4.1MAVLink協(xié)議簡介
10.4.2MAVLink數(shù)據(jù)包結構
10.4.3MAVLink消息幀講解
10.4.4MAVLink消息幀發(fā)送與解析
10.5地面站數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)解析
10.5.1PC端地面站數(shù)據(jù)采集與存儲
10.5.2Android地面站數(shù)據(jù)接收
10.5.3Android地面站數(shù)據(jù)存儲與分析
第11章其他輔助功能
11.1參數(shù)存儲、在線更新與加載
11.2調(diào)試LED
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**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(qū)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(huán)保領域的應用
第12章基于STM32F4的基礎程序開發(fā)
12.1處理器STM32F4簡介
12.1.1系統(tǒng)總線
12.1.2系統(tǒng)接口
12.2開發(fā)環(huán)境簡介
12.2.1軟件安裝
12.2.2工程創(chuàng)建
12.2.3軟件介紹
12.2.4程序調(diào)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
12.4.1硬件設計
12.4.2軟件設計
12.4.3實驗現(xiàn)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(xiàn)象
12.6ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器
12.6.1軟件設計
12.6.2實驗現(xiàn)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(xiàn)象
12.8FreeRTOS實時操作系統(tǒng)簡介
12.8.1FreeRTOS基礎應用
12.8.2FreeRTOS實例
12.8.3實驗現(xiàn)象
12.9FreeRTOS操作EEPROM
12.9.1程序設計
12.9.2實驗現(xiàn)象
12.10FreeRTOS操作MPU6050
12.10.1軟件設計
12.10.2實驗現(xiàn)象
12.11FreeRTOS操作磁力計
12.11.1軟件設計
12.11.2實驗現(xiàn)象
12.12FreeRTOS操作氣壓計
12.12.1軟件設計
12.12.2實驗現(xiàn)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(diào)行程校準
A.6電調(diào)、遙控接收機、數(shù)傳模塊與飛控的連接
A.7遙控操作說明
A.8圖傳系統(tǒng)連接
附錄B無刷電機與電子調(diào)速器介紹
B.1無刷直流電機
B.2電子調(diào)速器換相的相關知識
B.3電調(diào)啟動頻率
附錄C無人機實驗室研發(fā)調(diào)試設備
C.1FH550四旋翼無人機研發(fā)系統(tǒng)
C.2應用級無人機系統(tǒng)
C.3高級航拍數(shù)字圖傳系統(tǒng)
C.4便攜式地面測控站系統(tǒng)
C.5高級飛行器3自由度姿態(tài)算法驗證系統(tǒng)
C.6高級飛行器動力系統(tǒng)扭矩測量系統(tǒng)
C.7高級飛行器動力系統(tǒng)拉力測量系統(tǒng)
C.8微機電傳感器測量校準平臺
C.9工業(yè)級數(shù)據(jù)處理中心
附錄D電子羅盤橢球校準算法代碼實例
參考文獻
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多旋翼無人飛行器嵌入式習控開發(fā)指南 作者簡介
作者簡介林慶峰 吉林大學交通學院博士畢業(yè)，清華大學汽車工程系博士后，密歇根大學訪問學者，現(xiàn)任教于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(tǒng)。出版、參編專著與教材多部。諶利 北京航空航天大學電子信息工程學院碩士畢業(yè)，現(xiàn)任職于武漢飛航科技有限公司副總經(jīng)理，負責領導公司研發(fā)團隊。主要研究方向為嵌入式微處理器，通信與信息系統(tǒng)。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》等專著與教材多部。奚海蛟 北京航空航天大學電子信息工程學院博士畢業(yè)、博士后，武漢飛航科技有限公司創(chuàng)始人。主要研究方向為飛行器仿真、嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術。曾獲首屆中國航空創(chuàng)業(yè)大賽一等獎、中國航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大會優(yōu)秀獎等多項獎勵，出版物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式技術等等專著與教材10余部。
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