四旋翼飛行器開發(fā)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)案例集萃

第1章引言
1.1四旋翼飛行器
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3四旋翼飛行器的典型應(yīng)用
第2章常用模塊
2.1運(yùn)動(dòng)傳感器
2.1.1MPU6050六軸傳感器
2.1.2MPU9150九軸傳感器
2.1.3MPU9250九軸傳感器
2.2超聲波傳感器
2.2.1超聲波傳感器US100
2.2.2超聲波傳感器KS109
2.3光流傳感器
2.3.1CJMCU110
2.3.2PX4Flow
2.3.3PWM3901
2.42.4G無(wú)線通信模塊NRF24L01
2.5飛行控制芯片
2.6舵機(jī)
2.6.1舵機(jī)的工作原理
2.6.2SG90舵機(jī)
2.7電源系統(tǒng)
2.8電調(diào)驅(qū)動(dòng)
2.9電機(jī)選型
2.10分壓板
2.11四旋翼電池、電機(jī)、螺旋槳搭配選型
2.12圖像處理板模塊
第3章四旋翼飛行器的原理
3.1基本原理
3.2四旋翼飛行器的6個(gè)基本飛行動(dòng)作
3.2.1升降運(yùn)動(dòng)
3.2.2俯仰運(yùn)動(dòng)
3.2.3橫滾運(yùn)動(dòng)
3.2.4偏航(自旋)運(yùn)動(dòng)
3.3姿態(tài)解算
3.3.1姿態(tài)表示
3.3.2數(shù)據(jù)濾波
3.3.3數(shù)據(jù)融合
3.3.4姿態(tài)解算
3.3.5PID平衡算法
第4章四旋翼飛行器的調(diào)試平臺(tái)
4.1四旋翼飛行器調(diào)試平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)
4.2調(diào)試平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
4.2.1地面站
4.2.2飛行控制板
4.2.3四旋翼飛行器的調(diào)試原則
4.3調(diào)試平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)
4.3.1地面站軟件設(shè)計(jì)
4.3.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
第5章四旋翼飛行器的飛行控制
5.1飛行控制板控制系統(tǒng)總體框架
5.2所用器件
5.3四旋翼飛行器的組裝
5.3.1飛行器的整體組成
5.3.2飛行器的組裝步驟
5.4地面站
5.5飛行控制板的功能
5.6軟件結(jié)構(gòu)
5.6.1飛行控制板軟件結(jié)構(gòu)
5.6.2通信數(shù)據(jù)幀格式
5.7光流傳感器
5.7.1PX4Flow光流傳感器
5.7.2Qgroundcontrol軟件的使用
5.7.3PX4Flow光流調(diào)試
5.7.4PX4Flow光流與四旋翼飛行器的硬件連接
5.7.5PX4Flow光流與四旋翼飛行器的軟件連接
5.8飛行器及圖像傳感器調(diào)試
5.8.1圖像傳輸
5.8.2OpenWrt的使用
5.9電源電壓測(cè)量
5.9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器概述
5.9.2電源電壓測(cè)量的實(shí)現(xiàn)
5.9.3電源分壓模塊的測(cè)試
5.10舵機(jī)
5.10.1舵機(jī)云臺(tái)的硬件搭建
5.10.2舵機(jī)云臺(tái)的軟件編寫
5.11四旋翼飛行器的遙控實(shí)現(xiàn)
5.11.1手機(jī)終端控制需求分析
5.11.2手機(jī)終端控制軟件的設(shè)計(jì)方案
5.11.3軟件工作的整個(gè)流程設(shè)計(jì)
5.11.4Android傳感器的種類
5.11.5重力感應(yīng)的遙控方式
5.11.6重力感應(yīng)遙控的實(shí)現(xiàn)
5.11.7飛行高度控制的實(shí)現(xiàn)
5.12手機(jī)終端與飛行控制板的通信
5.12.1概述
5.12.2數(shù)據(jù)通信模塊
5.12.3手機(jī)終端界面設(shè)計(jì)
5.12.4WiFi實(shí)時(shí)視頻模塊
第6章基于Kinect的四旋翼飛行器
6.1深度攝像頭Kinect介紹
6.1.1概述
6.1.2Kinect數(shù)據(jù)形式
6.2四旋翼飛行器控制系統(tǒng)
6.2.1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
6.2.2姿態(tài)控制
6.2.3姿態(tài)解算
6.2.4位姿解算
6.2.5高度控制
6.2.6定點(diǎn)懸停
6.2.7位移控制
6.3Kinect視角下四旋翼飛行器的定位及追蹤
6.3.1四旋翼飛行器的識(shí)別及追蹤
6.3.2Kinect視角中其他物體的識(shí)別
6.3.3Kinect視角中物體的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系
6.4Kinect視角下四旋翼飛行器的路徑規(guī)劃及控制
6.4.1自主鉆窗
6.4.2手勢(shì)控制
6.5計(jì)算機(jī)上位機(jī)程序
6.5.1上位機(jī)主要功能
6.5.2上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)
第7章送貨無(wú)人機(jī)
7.1無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.1.1硬件總體框架
7.1.2調(diào)試平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)
7.1.3飛控部分硬件設(shè)計(jì)
7.2無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.2.1調(diào)試平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)
7.2.2地勤管理平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)
7.3地勤管理軟件平臺(tái)各功能具體介紹
7.3.1功能選擇界面
7.3.2用戶數(shù)據(jù)管理
7.3.3貨物分揀界面
7.3.4分揀記錄查詢
7.3.5修改賬戶密碼
7.4飛控部分軟件設(shè)計(jì)
7.4.1控制系統(tǒng)
7.4.2圖像處理系統(tǒng)
7.4.3數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)
第8章無(wú)人機(jī)救災(zāi)指揮系統(tǒng)
8.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
8.1.1硬件總體結(jié)構(gòu)
8.1.2無(wú)人機(jī)選型
8.1.3圖像及音頻模塊
8.1.4通信模塊
8.1.5飛行控制板
8.2PC測(cè)繪端設(shè)計(jì)
8.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
8.2.2視頻接口程序
8.2.3數(shù)據(jù)接口程序
8.2.4實(shí)時(shí)視頻拼接程序
8.2.5本地視頻拼接
8.2.6拼接圖形顯示
8.2.7目標(biāo)救援點(diǎn)識(shí)別
8.3安卓地面站端設(shè)計(jì)
8.3.1手機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)
8.3.2數(shù)據(jù)處理程序
8.3.3飛行數(shù)據(jù)界面
8.3.4編輯器界面
8.4樹莓派語(yǔ)音合成
8.5人臉識(shí)別設(shè)計(jì)
8.5.1人臉檢測(cè)模塊
8.5.2面部特征點(diǎn)定位模塊
8.5.3人臉特征提取與比對(duì)模塊
8.6數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)
8.6.1PC端與手機(jī)地面站通信協(xié)議
8.6.2手機(jī)與無(wú)人機(jī)的通信協(xié)議
8.6.3無(wú)人機(jī)與上位機(jī)視音頻傳輸
8.6.4樹莓派與上位機(jī)信號(hào)傳輸
8.6.5手機(jī)與上位機(jī)信號(hào)傳輸
第9章基于STM32F4飛控板制作
9.1飛控板硬件設(shè)計(jì)
9.1.1硬件總體設(shè)計(jì)
9.1.2器件選型
9.1.3硬件電路設(shè)計(jì)
9.1.4PCB設(shè)計(jì)圖
9.2飛控板軟件設(shè)計(jì)
9.2.1總體軟件設(shè)計(jì)
9.2.2軟件程序設(shè)計(jì)
9.2.3程序移植對(duì)接
第10章“空中交警”——基于無(wú)人機(jī)的應(yīng)急交通指揮系統(tǒng)
10.1概述
10.2系統(tǒng)方案
10.2.1硬件方案
10.2.2通信方案
10.2.3功能方案
10.3硬件框架
10.3.1總體硬件框架
10.3.2硬件模塊選型
10.4軟件流程
10.4.1機(jī)器人操作系統(tǒng)
10.4.2飛控程序
10.4.3避障
10.4.4LED控制
10.4.5AP無(wú)線熱點(diǎn)
10.4.6手機(jī)App
10.4.7視頻傳輸
10.4.8數(shù)據(jù)通信協(xié)議
第11章四旋翼自主飛行器探測(cè)跟蹤系統(tǒng)
11.1系統(tǒng)方案
11.1.1定點(diǎn)懸停方案
11.1.2懸停于小車上方
11.2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算
11.2.1圖像處理
11.2.2小車與飛行器的距離感應(yīng)
11.3電路與程序設(shè)計(jì)
11.3.1系統(tǒng)組成
11.3.2原理框圖與電路原理圖
11.4測(cè)試步驟
第12章滅火飛行器
12.1概述
12.2系統(tǒng)方案
12.2.1定點(diǎn)懸停方案的論證與選擇
12.2.2尋找模擬火源方案的論證與選擇
12.2.3定高功能的論證與選擇
12.2.4巡航功能的論證與選擇
12.2.5滅火方案的論證與選擇
12.2.6穿越方案的論證與選擇
12.3系統(tǒng)理論分析與計(jì)算
12.3.1圖像處理
12.3.2定位懸停處理
12.3.3高度數(shù)據(jù)修正
12.4電路與程序設(shè)計(jì)
12.4.1系統(tǒng)組成
12.4.2原理框圖與電路原理圖
12.4.3系統(tǒng)軟件與流程圖
12.5系統(tǒng)測(cè)試
12.5.1各模塊測(cè)試
12.5.2飛行任務(wù)測(cè)試
第13章四旋翼目標(biāo)識(shí)別飛行器
13.1四旋翼目標(biāo)識(shí)別飛行器概述
13.2四旋翼飛行器的系統(tǒng)組成
13.2.1四旋翼飛行器的程序設(shè)計(jì)
13.2.2主要模塊
13.3軟件設(shè)計(jì)
13.3.1系統(tǒng)方案
13.3.2PID控制器
13.3.3圖像識(shí)別
13.3.4自動(dòng)巡航
13.3.5一鍵起飛與降落
13.3.6斷電保護(hù)
13.4調(diào)試方案
第14章激光打靶四旋翼飛行器
14.1概述
14.2設(shè)計(jì)與實(shí)施方案
14.2.1室內(nèi)定位方案選擇
14.2.2圖像識(shí)別方案
14.2.3飛控方案
14.2.4地面站系統(tǒng)選擇
14.2.5NRF無(wú)線通信模塊
14.2.6開發(fā)平臺(tái)
14.3程序設(shè)計(jì)
14.3.1飛控部分
14.3.2姿態(tài)控制
14.3.3圖傳板通信
14.3.4PID調(diào)節(jié)與濾波
14.3.5圖傳
14.3.6地面站
14.4系統(tǒng)測(cè)試
14.4.1圖傳測(cè)試
14.4.2識(shí)別結(jié)果通信測(cè)試
14.4.3系統(tǒng)測(cè)試
第15章自主跟蹤四旋翼飛行器
15.1自主跟蹤四旋翼飛行器概述及發(fā)展現(xiàn)狀
15.1.1概述
15.1.2發(fā)展現(xiàn)狀
15.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
15.2.1機(jī)械設(shè)計(jì)
15.2.2傳感器
15.2.3通信模塊
15.2.4飛行控制板設(shè)計(jì)
15.2.5系統(tǒng)板設(shè)計(jì)
15.3飛行控制板軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
15.3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
15.3.2硬件接口程序
15.3.3位姿解算
15.3.4飛行穩(wěn)定算法
15.3.5數(shù)據(jù)通信
15.4系統(tǒng)板軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
15.4.1軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
15.4.2交叉編譯環(huán)境搭建
15.4.3系統(tǒng)板Uboot
15.4.4Ubuntu操作系統(tǒng)
15.4.5ROS次級(jí)操作系統(tǒng)
15.4.6機(jī)器視覺識(shí)別
15.4.7飛行數(shù)據(jù)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
第16章無(wú)人機(jī)的形狀識(shí)別和數(shù)字識(shí)別
16.1開發(fā)平臺(tái)
16.1.1飛控板開發(fā)調(diào)試平臺(tái)
16.1.2遙控板開發(fā)調(diào)試平臺(tái)
16.1.3電路板設(shè)計(jì)平臺(tái)
16.1.43D打印建模軟件
16.1.53D打印切片軟件
16.2設(shè)計(jì)目標(biāo)與技術(shù)難點(diǎn)
16.2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
16.2.2技術(shù)難點(diǎn)
16.3實(shí)現(xiàn)原理
16.3.1小型無(wú)人機(jī)與穿越機(jī)的區(qū)別
16.3.2系統(tǒng)方案
16.3.3傳感器選型
16.4飛行控制板
16.4.1硬件設(shè)計(jì)
16.4.2飛控軟件
16.4.3飛控調(diào)試注意事項(xiàng)
16.5遙控器
16.5.1硬件制作
16.5.2軟件編程
16.6OpenMV視覺識(shí)別
16.6.1硬件設(shè)計(jì)
16.6.2軟件部分
16.7通信協(xié)議
16.7.1遙控器發(fā)送
16.7.2形狀識(shí)別
16.7.3數(shù)字識(shí)別
16.83D打印機(jī)架
16.8.1空心杯小型飛行器機(jī)架
16.8.2穿越機(jī)機(jī)架
16.8.3遙控器外殼
第17章微型無(wú)人機(jī)的制作
17.1飛控板硬件設(shè)計(jì)
17.1.1功能需求分析
17.1.2硬件總體設(shè)計(jì)
17.1.3器件選型
17.1.4硬件電路設(shè)計(jì)
17.1.5PCB布局排版及注意事項(xiàng)
17.2飛控板軟件設(shè)計(jì)
17.2.1集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的選擇
17.2.2嵌入式操作系統(tǒng)的選擇
17.2.3TM4C1294程序框架
17.2.4姿態(tài)解算和PID算法流程
17.2.5基于四元數(shù)的姿態(tài)解求解互補(bǔ)濾波算法
17.2.6角度環(huán)PID和角速度環(huán)PID調(diào)節(jié)函數(shù)
17.2.7Z軸高度環(huán)PID的調(diào)節(jié)函數(shù)
17.2.8微型四旋翼飛行器姿態(tài)控制
17.2.9遙控器協(xié)議
17.3飛控板系統(tǒng)調(diào)試
17.3.1飛行器系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程
17.3.2微型四旋翼飛行器的PID調(diào)試
17.3.3調(diào)試過(guò)程中可能遇到的問題
17.4遙控器板硬件設(shè)計(jì)
17.4.1總體硬件設(shè)計(jì)
17.4.2器件選型
17.4.3硬件電路設(shè)計(jì)
17.4.4PCB布局排版及注意事項(xiàng)
17.5遙控器板軟件設(shè)計(jì)
17.5.1總體軟件設(shè)計(jì)
17.5.2軟件程序設(shè)計(jì)
17.5.3串口屏軟件設(shè)計(jì)
17.6遙控器板功能調(diào)試
17.6.1預(yù)期功能
17.6.2調(diào)試過(guò)程與問題
17.7圖像處理板硬件設(shè)計(jì)
17.7.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
17.7.2圖像處理板電路設(shè)計(jì)
17.7.3硬件電路PCB布局
17.8圖像處理板軟件設(shè)計(jì)
17.8.1固件燒錄及開發(fā)環(huán)境
17.8.2軟件主流程
17.8.3圖像處理端Socket程序設(shè)計(jì)
17.8.4串口收發(fā)程序設(shè)計(jì)
17.8.5激光筆蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
17.8.6圖像識(shí)別程序設(shè)計(jì)
17.9圖像處理手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)
17.9.1安卓開發(fā)環(huán)境搭建
17.9.2手機(jī)App需求分析
17.9.3手機(jī)控制流程設(shè)計(jì)
17.9.4人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)
17.9.5手機(jī)端Socket通信
17.9.6重力傳感器控制
17.9.7高度控制
17.9.8按鍵控制
17.10圖像處理板系統(tǒng)調(diào)試
第18章巡線機(jī)器人
18.1方案論證
18.1.1硬件設(shè)計(jì)方案選擇
18.1.2軟件設(shè)計(jì)方案選擇
18.1.3主要器件選型
18.1.4系統(tǒng)原理框圖
18.2理論分析與計(jì)算
18.2.1FreeRTOS操作系統(tǒng)的使用
18.2.2串級(jí)PID控制
18.2.3定高數(shù)據(jù)融合
18.2.4飛行器位置調(diào)節(jié)
18.2.5飛控板與OpenMV通信協(xié)議
18.2.6提高圖片識(shí)別率的措施
18.3電路與結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)
18.3.1硬件電路設(shè)計(jì)
18.3.23D打印件裝配
18.3.3電路模塊裝配
18.4軟件設(shè)計(jì)流程