第1章 四轴飞行器概述 1

1.1 四轴飞行器的历史 1

1.2 四轴飞行器的现状、应用及微型化 2

1.3 四轴飞行器的力学原理及控制框图 6

1.3.1 四轴飞行器的力学原理 6

1.3.2 四轴的坐标及控制知识初步 8

第2章 四轴飞行器的组成及各部分功能 9

2.1 四轴飞行器组成概述 9

2.1.1 2.4 GHz遥控器及接收机 9

2.1.2 蓝牙/WiFi等遥控器及接收机 10

2.1.3 姿态检测单元 10

2.1.4 处理器 11

2.1.5 调试器 11

2.1.6 电机驱动及电机 11

2.2 遥控器 12

2.2.1 2.4 GHz遥控器 12

2.2.2 蓝牙/安卓遥控 16

2.3 电机及驱动 18

2.3.1 无刷电机及电调 18

2.3.2 有刷电机及驱动电路 21

2.4 机架 23

2.4.1 大四轴飞行器机架 23

2.4.2 微型四轴飞行器机架 24

2.5 电池 24

2.6 飞控 25

第3章 MSP430F5简介及Flappy430硬件 27

3.1 MSP430F5系列介绍 27

3.2 Flappy430学习板介绍 29

3.3 PCB布线心得 34

3.4 硬件实物图及基本使用 34

3.5 配套资料及学习微处理器的顺序 37

第4章 MSP430开发环境及编程方法 38

4.1 IAR安装及使用 38

4.1.1 软件及仿真器安装 38

4.1.2 Flappy430软件驱动及串口通信软件 40

4.2 IAR的使用和调试 43

4.2.1 IAR的界面 43

4.2.2 新建一个工程并调试 44

4.3 Flappy430程序介绍及学习板的使用 48

4.3.1 新建Flappy430飞控工程 48

4.3.2 Flappy430学习板的装配及使用 50

4.4 MSP430F5编程介绍 55

4.4.1 头文件 56

4.4.2 库函数 58

4.5 C-430的特性及编程风格 59

4.5.1 C-430的数据类型 59

4.5.2 位带操作，常用语句形式 59

4.5.3 自写函数的接口规范 60

4.5.4 中断系统架构和中断函数写法 60

4.5.5 分离式源文件、头文件的组织 64

第5章 MSP430功能模块及四轴坐标系 66

5.1 时钟系统 66

5.2 数字IO口 71

5.3 端口映射（Portmapping）功能 76

5.4 定时器Timer 78

5.5 PWM波 83

5.6 串口USCIA_uart 87

5.7 蓝牙/PC上位机及反馈测试 93

5.7.1 PC上位机通信协议 93

5.7.2 蓝牙通信协议 95

5.7.3 上位机测试四轴反馈 98

5.8 陀螺仪、加速度计及磁强计 100

5.8.1 陀螺仪 100

5.8.2 加速度计ADXL345 108

5.8.3 磁强计 109

5.8.4 LSB概念及分析 112

5.9 PID算法及机体坐标系初步分析 113

5.9.1 PID算法的构造分析 113

5.9.2 四轴机体坐标系的构建 115

第6章 四轴飞行控制——卡尔曼滤波/四元数法 122

6.1 传感器中立点 122

6.2 基于卡尔曼滤波的姿态计算方法 125

6.3 卡尔曼滤波法分析及测试 136

6.3.1 积分限幅及数据类型选择 136

6.3.2 算法效果测试 138

6.3.3 转换系数/LSB与传感器更换分析 140

6.3.4 算法loop周期的优化 141

6.4 PID调节器的构造及分析 142

6.4.1 PID算法各项的构造 142

6.4.2 PID算法各参数的整定 144

6.4.3 磁阻锁定及Yaw轴反馈 145

6.5 四元数算法的介绍及应用 149

6.5.1 四元数算法介绍 149

6.5.2 四元数算法的程序及实际应用 153

6.5.3 测试及分析 158

6.6 MWC飞控算法简介 159

第7章 安卓程序简介 164

7.1 安卓系统简介 164

7.2 安卓遥控器开发 165

第8章 四轴飞行器实际使用及操作 175

8.1 四轴飞行器起飞前的调校 175

8.2 四轴飞行器在飞行中常见问题的解析 178

附录A Flappy430 PCB图 181

附录B Flappy430整体原理图 182

附录C 本书资料下载 183

参考文献 184

　　四轴飞行器（四旋翼飞行器）是*近比较火的一种机电类设备，目前，从科技竞赛到航拍、侦查，随处可见四轴飞行器的身影。四轴飞行器是机械、通信、电子、自动控制几大学科融汇的具有较高科技含量的一种设备，主要承载了微处理器、惯性导航、自动控制、无线通信、电脑上位机软件、电路设计、PCB制作、外部机械结构设计、空气动力学及基本的航模控制知识。

　　因此，四轴飞行器十分适合作为电子信息、自动控制等学科的研究课题，也适合用作这些专业的教学、科技实践、工程实训设备。

　　笔者在制作四轴飞行器教学设备的过程中，感觉很多知识比较零散，而详细探讨四轴飞行器的书籍不是很多，因此斗胆编写了本书，希望能与喜欢四轴的朋友们一起分享经验，同时也对MSP430系列的知识做一简单介绍。

　　笔者自身是一个比较驽钝的人，能写成此书，离不开身边人们的大力支持和帮助，在此致谢，略表心意。

　　首先感谢我的研究生阶段导师赵建教授，赵老师多年来悉心教育学生，不断引导我们要创新，对于技术要精益求精，从本科开始给了我极多的耐心教导和帮助，以及方向性的建议。

　　其次，无论有没有本书，必须感谢我的父母、女友、亲人们的大力支持和鼓励，以及充分的理解和关心。

　　制作四轴的过程中，身边小伙伴们也非常给力，给了我很多的支持和关心，也特此感谢我的朋友们！尤其是对于手机APP及PPT的制作，要感谢孔玉英的大力支持。

　　具体到算法上，笔者从MK、MWC、KKC等开源飞控代码，以及Madgwick、seawood、Cnmusic、zksniper等网友的文章中（很多在Amobbs）得到了很多启发，在此对其表示感谢！制作四轴的过程中从TI（德州仪器）公司申请了不少免费芯片，对TI公司及其大学计划表示感谢！

　　最后，电子工业出版社对本书给予了很多关怀和支持，在此表示感谢！

　　感谢所有关心与支持过我们及Flappy430的人！

　　时间仓促，水平有限，多有不尽不全之处，只能说是框架性的入门，还望高人们多多指点。

　　作 者

　　2015年7月于西安电子科技大学