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四旋翼無人飛行器設計(第2版)

( 簡體 字)
作者:馮新宇、范紅剛、辛亮類別:1. -> 電子工程 -> 無人機
   2. -> 電腦組織與體系結構 -> 單晶片 -> STM32
譯者:
出版社:清華大學出版社四旋翼無人飛行器設計(第2版) 3dWoo書號: 52647
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NT定價: 295
折扣價: 277

出版日:3/1/2020
頁數:151
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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ISBN:9787302538899
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

第2版前言
  本書自2017年出版以來,已經有近1500人進入本書服務QQ群,參與互動學習。2015年的全國電子設計大賽過后,我們把參加比賽制作的過程做了一個記錄,形成了本書的第1版。由于時間倉促,第1版中圖像處理部分寫得較為模糊,讀者在學習過程中也反映這部分內容還需要細化,使之更加通俗易懂。結合目前成熟的圖像處理算法,我們融合形成適合四旋翼飛行控制圖像采集處理的一系列算法,重新整理一章“四旋翼飛行器圖像采集處理專題”作為補充。這部分內容從濾波算法、邊沿提取、二值化、圖像細化等方面循序漸進地討論了每個處理步驟的必要性,供廣大讀者探討學習。
  在實際的調試過程中,采用μC/OSQⅢ系統,要優于無操作系統的控制。本書第2版代碼采用μC/OSQⅢ操作系統,重新優化了代碼。實時操作系統內容涉及較廣,本書第2版僅采用一個小節的篇幅進行了簡單的說明,而更詳細的內容還需要讀者查看相關的資料,望廣大讀者諒解。
  另外還需說明一點,該硬件作品的所有硬件采用的都是現有的硬件模塊,在網上都能購買,按電路圖正確連接即可。四旋翼飛行器對質量、機械結構的要求都較高,所以程序在使用過程中,重要的參數需要反復調整,讀者在學習過程中需要一個個調試硬件模塊,按飛行器整體調試步驟,在安全情況下進行調試,切不可將飛行器直接組裝完成后上電飛行。四旋翼飛行器入門的過程較難,本書不適合沒有基礎的學生學習,對于大二、大三的學生,需要自學電路、C語言、STM32控制器等知識,因為這些基礎知識本書都一帶而過。
  本書第2版寫作分工如下: 第1章由范紅剛編寫,第2章~第4章由馮新宇編寫,第5章和附錄A由辛亮編寫。參與本書編寫的還有劉付剛、蔣洪波、周昱江。


配書資源



  在第2版修訂過程中得到了廣大讀者的支持,很多讀者給出了中肯的建議,本書配有軟件、電路、PPT等電子素材,相關資料可掃描右方二維碼下載。同時這本書的很多資料來源于一些知名網絡論壇和優秀的參考書籍,沒有這些作者,我們很難在短時間內完成本書,在此一并感謝!

作者
2019年10月






第1版前言

無人直升機(旋轉翼無人機)從20世紀50年代出現至今,它的發展較為緩慢,但是,隨著相關技術的發展和應用,無人機飛行器領域迎來了革命性的巨變,其中無人直升機的研究和發展也迎來了一個全新的時代。無人直升機的功能越來越全面,體積越來越小,在軍事領域和民用領域共同發展。
我們在2015年的全國電子設計大賽中選擇了飛控類的題目,把我們參加比賽制作的過程做一個記錄,這是本書的寫作初衷。賽后,我們增加一些功能,制作PCB的全部設計,使四旋翼飛行器飛控相對穩定,又結合實驗室的一些項目,把上位機等相關的內容也添加進來,現斗膽把自己的一些心得寫成一本書和大家分享。
本書是按照無人機制作順序來寫的,與其他眾多圖書最大的不同是: 上位機軟件設計和操作手柄設計沒有使用現有的成品。這么做是為了達到提高學生動手實踐能力的目的,特別是針對電子類相關專業的本科生。如果學生能照著本書指導做一個,調試出來,就能學到很多知識。例如,利用LabVIEW學習上位機軟件設計,對于非計算機專業的學生還是挺實用的。
書中核心設計的內容應該是姿態數據的獲取和處理,采用了DMP實現解算。筆者編寫的代碼會發布在QQ群內和廣大的程序愛好者一起研究和完善。互聯網有很多優秀開源的代碼,讀者只要認真地熟讀一個完整代碼,其他的問題就會迎刃而解。入門的過程較難,特別是對于大學二年級與三年級的學生,需要自學的東西較多。
本書的很多資料都來源于一些知名網絡論壇和優秀的參考書,對這些作者在此一并感謝!感謝黑龍江科技學院電子技術實驗室支持我的同學和同事。
由于時間倉促,書中難免存在不足之處,歡迎讀者批評指正。

編者
2017年4月
內容簡介:

本書以四旋翼無人飛行器為例,主控制器采用STM32系列微處理器,從設計方案論證到器件選型等過程,對四旋翼飛行器設計進行了透徹細致的講解,并介紹了四旋翼飛行器圖像采集處理,詳細地闡述了圖像處理的過程。另外,采用μC/OSQⅢ系統重新梳理了代碼,使得飛行器控制更加穩定。讀者可以根據書中給出的電路和代碼自行設計。
本書可作為電子、通信及控制等相關專業學生的參考書,也可作為相關技術人員的技術參考書。
目錄:

第1章簡介
1.1四旋翼飛行器發展歷史
1.2四旋翼飛行器的研究現狀
1.3四旋翼飛行器的主要應用
第2章四旋翼飛行器的控制原理
2.1四旋翼飛行器的結構
2.2四旋翼飛行器的運動控制方法
2.3四旋翼飛行器各部分的工作原理
2.3.1飛行姿態與升力關系
2.3.2飛行姿態的測量
2.3.3加速度傳感器工作原理及角度測量
2.3.4陀螺儀傳感器工作原理及角度測量
2.3.5磁力計傳感器工作原理及測量方法
2.4姿態解算方法
2.4.1互補濾波算法
2.4.2卡爾曼濾波算法
2.4.3DMP姿態數據獲取
2.5PID控制算法
2.5.1PID概述
2.5.2四旋翼飛行器PID控制器設計
第3章硬件設計
3.1協議預備知識
3.1.1SPI總線
3.1.2IIC總線
3.1.3USART總線
3.2總體設計
3.2.1遙控器電路基本框架
3.2.2飛行器主控電路基本框架
3.3飛行器主控電路最小系統設計
3.3.1基本原理
3.3.2硬件電路設計
3.4姿態傳感器模塊
3.4.1基本原理
3.4.2硬件電路設計
3.5無線通信模塊
3.5.1基本原理
3.5.2硬件電路設計
3.6定高模塊
3.6.1超聲波定高模塊
3.6.2氣壓計定高模塊
3.7電機及驅動模塊
3.7.1基本原理
3.7.2硬件電路設計
3.8遙控器模塊設計
3.8.1基本原理
3.8.2硬件電路設計
3.9電源模塊選擇
3.10四旋翼飛行器的組裝
3.10.1電機、漿、電池、機型的相互關系
3.10.2機架的組裝
第4章軟件設計
4.1軟件預備知識
4.1.1剛體的空間角位置描述
4.1.2用歐拉角描述定點轉動剛體的角位置
4.1.3四元數
4.1.4控制與濾波算法
4.2μC/OSQⅢ系統
4.2.1采用μC/OSQⅢ操作系統的必要性
4.2.2μC/OSQⅢ文件結構
4.2.3典型μC/OSQⅢ應用示例
4.3主控程序初始化設置及說明
4.3.1SPI的I/O口初始化實現
4.3.2IIC的I/O口初始化實現
4.3.3定時器初始化實現
4.3.4電子調速器初始化實現
4.4姿態傳感器軟件設計
4.4.1軟件設計基本思路
4.4.2DMP
4.4.3代碼實現及解析
4.5氣壓計軟件設計
4.5.1軟件設計基本思路
4.5.2代碼實現及解析
4.5.3自主高度控制的實現
4.6遙控器軟件設計
4.6.1軟件設計基本思路
4.6.2無線模塊代碼實現及解析
4.6.3搖桿代碼實現及解析
4.7攝像頭軟件設計
4.7.1軟件設計基本思路
4.7.2攝像頭的數據讀取
4.8上位機設計
4.8.1幀頭檢測模塊
4.8.23D模型路徑模塊
4.8.33D模型屬性設置模塊
4.8.4陀螺儀3D數據顯示模塊
第5章四旋翼飛行器圖像采集處理專題
5.1總體概述
5.2圖像算法
5.2.1自適應中值濾波算法
5.2.2Sobel邊緣提取算法
5.2.3OTSU二值化算法
5.2.4并行Zhang圖像細化算法
5.2.5概率累加霍夫變換算法
5.3實驗結果及分析
附錄A調試、問題解析及改進方向隨想
附錄BSTM32F4最小系統電路圖
附錄C遙控器電路
附錄D飛控板連接電路
參考文獻
序: