信息系统综合设计
——小四轴无人机设计指导
申柏华 杜娟 编著
I
目录
1 绪论 ................................................................................................................................... 1
1.1 无人机种类 ............................................................................................................. 1
1.1.1 直升机 ............................................................................................................ 1
1.1.2 固定翼 ............................................................................................................ 2
1.1.3 多旋翼 ............................................................................................................ 2
1.2 多旋翼无人机发展历史 ...................................................................................... 2
1.2.1 休眠期 ............................................................................................................ 3
1.2.2 复苏期 ............................................................................................................ 3
1.2.3 发展期 ............................................................................................................ 3
1.2.4 爆发期 ............................................................................................................ 3
1.3 写作目的与写作结构 ........................................................................................... 3
1.3.1 写作目的 ....................................................................................................... 3
1.3.2 写作结构 ....................................................................................................... 3
2 多旋翼无人机架构与组成 .......................................................................................... 4
2.1 无人机的姿态表示 ................................................................................................ 4
2.2 机架 ........................................................................................................................... 5
2.2.1 机身 ................................................................................................................ 5
2.2.2 支架 ................................................................................................................ 6
2.2.3 保护圈 ............................................................................................................ 7
2.3 动力系统 .................................................................................................................. 7
2.3.1 螺旋桨 ............................................................................................................ 7
2.3.2 电机 ................................................................................................................ 8
2.3.3 电调 ................................................................................................................ 9
2.3.4 电池 ............................................................................................................. 10
II
2.4 控制系统 ............................................................................................................... 10
2.4.1 飞行控制器 ............................................................................................... 10
2.4.2 遥控器 ......................................................................................................... 10
2.4.3 地面站 ......................................................................................................... 11
3 小四轴无人机设计方案............................................................................................ 12
3.1 机架 ........................................................................................................................ 12
3.1.1 机架与飞控一体方案 ............................................................................. 12
3.1.2 机架与飞控分体方案 ............................................................................. 12
3.2 飞行控制器 .......................................................................................................... 13
3.2.1 主控 MCU .................................................................................................. 13
3.2.2 传感器方案 ............................................................................................... 14
3.2.3 无线通信方案 ........................................................................................... 16
3.3 遥控器 ................................................................................................................... 16
3.3.1 主控 MCU .................................................................................................. 17
3.3.2 摇杆与按键 ............................................................................................... 17
3.3.3 显示 ............................................................................................................. 17
3.3.4 无线通信方案 ........................................................................................... 18
4 硬件基础 ....................................................................................................................... 19
4.1 J-Link OB 仿真器 J-OB V2 .............................................................................. 19
4.1.1 驱动安装 .................................................................................................... 20
4.1.2 代码下载与 SW 调试 .............................................................................. 21
4.1.3 虚拟串口 .................................................................................................... 22
4.2 STM32F401CCU6 核心板 ................................................................................ 23
4.2.1 功能与说明 ............................................................................................... 23
4.2.2 注意事项 .................................................................................................... 24
III
5 nRF24L01（SI24R1）无线通信 ............................................................................. 26
5.1 nRF24L01（SI24R1）简介............................................................................... 26
5.2 工作模式 ............................................................................................................... 27
5.2.1 Shutdown 工作模式 ............................................................................... 27
5.2.2 Standby 工作模式 ................................................................................... 27
5.2.3 Idle-TX 工作模式 ..................................................................................... 27
5.2.4 TX 工作模式 .............................................................................................. 28
5.2.5 RX 工作模式 .............................................................................................. 28
5.3 数据包处理协议 ................................................................................................. 29
5.3.1 ARQ 包格式 .............................................................................................. 30
5.3.2 ARQ 通信模式 .......................................................................................... 31
5.3.3 ACK 模式 .................................................................................................... 31
5.3.4 NO ACK 模式 ............................................................................................ 34
5.3.5 动态 PAYLOAD 长度 .............................................................................. 34
5.3.6 多管道通信 ............................................................................................... 34
5.4 串口透传无线通信例程 ................................................................................... 36
5.4.1 硬件连线 .................................................................................................... 36
5.4.2 SPI 配置 ...................................................................................................... 37
5.4.3 工作流程 .................................................................................................... 38
5.4.4 测试方法 .................................................................................................... 41
6 姿态传感器 .................................................................................................................. 43
6.1 陀螺仪 ................................................................................................................... 43
6.2 加速度计 ............................................................................................................... 44
6.3 磁力计 ................................................................................................................... 45
6.4 MPU6050 .............................................................................................................. 45
