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第一篇 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、Keil48

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 建立第一个工程59

3.3.2 创作遥控器PCB61

3.4 Keil μVision4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 μVision4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 制作遥控器所需的元器件87

4.3.1 制作遥控器所需的元器件清单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 手工焊接所需工具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PWM233

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269

参考文献271