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[美] David McGriffy 著

圖書標籤:

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店鋪： 翰誠圖書專營店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115472113

商品編碼：29426766251

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2018-01-01

書名：無人機製作指南

定價：69.00元

作者：David McGriffy

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2018-01-01

ISBN：9787115472113

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

本書作為Make的經典無人機製作圖書，深受廣大無人機DIY發燒友的喜愛！相比於目前市場上已有的無人機圖書，本書采用Arduino硬件為控製核心，由淺入深地嚮讀者介紹如何一步步製作高性能無人機。傳感器應用、改造製作、編程實踐、自動駕駛等案例一一列舉，圖文並茂，實用性較強，可作為中小學生綜閤實踐活動的課外讀本。本書的齣版會給無人機愛好者帶來莫大的福音。 如何在現有框架上DIY自己的專屬無人機 飛行控製係統，並提高編程能力 升級改進現有無人機套件的技巧 對於多鏇翼飛行空氣動力學更通俗易懂的說明 模塊化的電路闆定製設計 如何安裝遙控無綫電、遙測、GPS係統 提高飛行穩定性的調試方法

本書是一本全麵的無人機製作指南，從搭建無人機外形、結構、框架開始，到添加各種功能設備，再到嚮Arduino編程，使其可以通過智能手機進行遙控。跟隨本書，讀者可以自製一颱功能齊備的無人機，適閤無人機愛好者、電子製好者和廣大創客們閱讀。

目錄



1 無人機成真之路 1

電機 2

電池 4

控製係統 4

2 常用無人機的控製係統 7

MultiWii（一款通用遙控多鏇翼飛行器控製軟件） 7

無人機代碼 9

APM/ ArduPilot 9

PX4/Pixhawk 10

DJI（Naza） 11

KK2 12

CC3D/OpenPilot 12

Naze32/Baseflight/Cleanflight 13

選擇一個飛行控製係統 14

3 無人機功能 15

航拍 15

FPV追蹤 16

教育 17

飛行 17

4 提升哈博森X4的性能 19

目標以及測試方法 19

電池的升級 21

螺鏇槳的升級 22

5 製作X4Wii 27

組件 28

編譯 30

加載新代碼 30

連綫 32

裝配 33

設置並調試 35

遙控器頻率 35

PID 36

模式 38

6 可見無人機控製器 41

極小的中央處理器 42

無綫電 43

IMU/AHRS 44

電源 44

有電機控製器的電路闆 45

框架、電機、螺鏇槳 46

重量的預算 47

7 基本I/O代碼 49

配置IDE 49

主循環 50

RC接收器 52

藍牙 54

電機 57

8 多軸飛行器的空氣動力學 59

升力與推力 59

傾斜和翻滾 60

偏航 61

過渡升力 62

渦環狀態 62

9 慣性測量單元/航姿係統 65

陀螺儀 66

加速計 66

慣性測量單元（IMU） 67

磁力計 69

10 模式與組閤 71

模式 71

角模式 72

速率模式 73

組閤 73

11 比例積分微分（PID）控製係統 75

算法 75

P-比例 75

I-積分 75

D-微分 76

實現 77

調試 78

理論 78

實踐 82

12 電路闆和電機控製器 83

設計工具和文件 83

組件的放置 84

能源的輸入和分配 84

電機控製器 85

原理圖和布局 87

組建 88

13 構建與調試 93

安裝控製器並且連接LED燈 93

連接電機 93

安裝無綫電 95

完成框架 95

地麵實驗 97

飛行測試以及未來的工作 98

14 更大的框架 101

S500的工具包 102

依照說明書執行 103

15 安裝電力係統 105

掛載電子速度控製器 105

連接配電闆 106

掛載電機 107

決定方嚮 108

16 無刷電機和它們的電子速度控製器 113

無刷電機 113

電子速度控製器 115

電池消除電路 116

17 安裝飛行器控製器與無綫電 119

輕型Pixhawk和減振架 120

遙控無綫電 121

遙感無綫電 123

安全開關 124

測試 125

18 GPS 127

發展曆史 128

運行原理 128

水平精度係數（HDOP） 130

安裝 130

19 磁力計 133

地球磁場 133

磁偏角和偏差 134

磁阻 135

無人機上的應用 136

20 將S500飛上天空 139

螺鏇槳的組裝 140

連接電池和電壓監測器 141

無綫電和加速度計的校準 143

飛行模式 144

初的調優 145

終的清單與次飛行 146

21 光流、聲納和激光雷達 149

聲納 149

激光雷達 150

光流傳感器 151

視覺測程法 152

22 振動 153

造成振動的原因 153

振動帶來的影響 154

阻尼與隔離 155

螺鏇槳的平衡 155

23 故障模式和容錯係統 157

失效保護 157

冗餘 158

24 接口 159

計算機接口 159

無綫電控製無綫電的標準 161

DSM/DSM2/DSMX 162

FrSky 162

伺服係統與電子速度控製器的控製 162

遙測技術 163

GPS 164

25 未來 167

專業化 167

管理 167

易用性 168

安全性 168

人類飛行事業 168

David McGriffy從個人計算機時代就開始從事程序員工作。使用過無綫電控製飛行器，駕駛過民用飛機，包括各種型號的滑翔機。在GPS衛星發射之初，他已經在為GPS係統效力瞭。曾為知名電腦公司編寫過嵌入式係統的代碼並以此為樂。還奔波於世界各地，為海上石油鑽機的控製係統進行失效模型分析，因此還發明瞭振動分析係統。同時他還是網站性能專傢，並在IEEE相關欄目發錶論文。David如今經營著一傢音頻軟件公司，VVAudio，這傢公司為環繞立體聲和虛擬現實係統開發瞭一係列插件。他還從德剋薩斯州大學奧斯汀分校拿到瞭物理博士學位。

《飛翔的夢想：從零開始的航拍藝術與技術》 前言： 在這信息爆炸的時代，我們渴望用全新的視角去觀察世界，去捕捉那些稍縱即逝的美麗瞬間。無人機，這項曾被視為科幻的科技産物，如今已然走進韆傢萬戶，成為我們拓展視野、實現創意的重要工具。它們不再是冰冷的機器，而是承載著我們飛翔夢想的翅膀。 《飛翔的夢想：從零開始的航拍藝術與技術》並非一本冰冷的硬件手冊，更不是一本晦澀的技術論文。它是一份誠摯的邀請，邀請你一同踏上探索天空的旅程，學習如何讓你的視角躍升至雲端，用鏡頭記錄下壯麗的風景、鮮活的生活，甚至是隱藏在日常之下的詩意。本書緻力於為你提供一條清晰、實用、充滿啓發性的學習路徑，讓你從一個對無人機一無所知的新手，蛻變為一位能夠嫻熟操控無人機、捕捉令人驚嘆航拍作品的創作者。 我們相信，學習飛行的過程本身就充滿樂趣，而掌握航拍的技巧，更是將這份樂趣升華為一種能夠與世界分享的藝術。本書的編寫，旨在以最接地氣的方式，剝離那些可能令人生畏的技術壁壘，讓你在輕鬆愉快的閱讀中，逐步領略無人機的魅力，並最終能夠自信地按下快門，讓你的創意隨風而起，翱翔天際。 第一部分：認識你的天空夥伴——無人機的基本認知 在正式啓航之前，瞭解你的“天空夥伴”是至關重要的。這一部分將為你勾勒齣無人機的全貌，讓你對這個神奇的飛行器有一個全麵而深入的認識。 1.1 什麼是無人機？不止是“會飛的相機”。 我們將從最基礎的概念入手，打破你對無人機的刻闆印象。無人機，顧名思義，是沒有飛行員在機上的飛行器。但它的意義遠不止於此。我們將探討無人機的起源與發展，從最初的軍事用途，到如今在消費級市場上的百花齊放。你將瞭解到，無人機不僅僅是簡單的遙控玩具，它們集成瞭先進的飛行控製係統、精密的傳感器、強大的通訊模塊，以及高質量的攝像設備。我們將深入淺齣地解釋無人機的幾個核心組成部分，例如： 機身與鏇翼： 瞭解不同類型的無人機（如多鏇翼、固定翼）在結構上的差異，以及鏇翼數量和設計對飛行性能的影響。 動力係統： 電池技術、電機原理，以及它們如何協同工作，為無人機提供持續的動力。 飛控係統： 無人機的“大腦”，包括陀螺儀、加速度計、氣壓計等傳感器如何協同工作，實現穩定懸停、精準飛行。 GPS與定位係統： 理解GPS、GLONASS等定位技術如何幫助無人機實現自主導航、定點返航。 遙控與圖傳係統： 解釋遙控器如何嚮無人機發送指令，以及圖傳係統如何將實時的畫麵傳輸迴你的手中。 雲颱與相機： 航拍的關鍵所在，理解雲颱如何穩定畫麵，以及不同傳感器類型相機對成像質量的影響。 1.2 飛行的基本法則：安全第一，樂趣無限。 在享受飛行的樂趣之前，安全永遠是第一位的。我們將為你詳細解讀影響無人機飛行的關鍵因素，並建立起一套嚴謹的安全意識。 飛行環境的考量： 風力、濕度、溫度、障礙物（高樓、樹木、電綫）等對飛行的影響，以及如何評估和選擇閤適的飛行場地。 法規與禁飛區： 瞭解國傢和地方關於無人機飛行的相關法規，包括起飛限製、禁飛區域、以及可能的飛行執照要求。我們將引導你查找和理解當地的飛行規定，確保你的飛行閤法閤規。 無人機飛行前的檢查清單： 從電池狀態、遙控器電量、GPS信號強度到螺鏇槳的完整性，我們將為你提供一份詳盡的飛行前檢查流程，幫助你規避潛在的風險。 緊急情況的處理： 瞭解在遇到信號丟失、電池電量過低、天氣突變等緊急情況時，無人機可能采取的應對措施（如自動返航、自動降落），以及作為操作者，你應如何冷靜應對。 1.3 選擇你的“翅膀”：不同類型無人機的特性與選擇。 市麵上的無人機琳琅滿目，如何選擇最適閤你的那一款？我們將根據你的需求和預算，為你提供專業的選購建議。 消費級無人機： 入門級無人機： 價格親民，操作簡單，適閤初學者練習飛行技巧和基礎航拍。我們將推薦一些性價比較高的入門機型，並分析它們的優缺點。 進階級無人機： 擁有更強大的續航能力、更優秀的相機配置、更智能的飛行功能，適閤對畫質有更高要求、希望嘗試更復雜航拍的愛好者。我們將對比不同品牌和型號的進階機型，從相機參數、圖傳延遲、避障係統等方麵進行詳細解析。 專業級/影像無人機： 專為專業攝影師和攝像師設計，具備頂級的相機傳感器、強大的RAW格式拍攝能力、多種專業色彩模式，以及更長的飛行時間。我們將介紹這類無人機的特點，以及它們在影視製作、商業攝影等領域的應用。 根據用途選擇： 旅遊攝影： 強調便攜性、續航、穩定性和優秀的相機素質。 風景航拍： 注重廣角鏡頭、高分辨率、以及在不同光綫條件下的錶現。 活動記錄： 可能需要更長的飛行時間和更穩定的畫麵，以及具備一定的跟隨和環繞功能。 創意拍攝： 探索一些特殊的飛行模式和拍攝技巧。 第二部分：駕馭天空的藝術——無人機飛行基礎與技巧 掌握瞭無人機的基本認知，接下來便是將這份知識轉化為實際操作。這一部分將帶領你一步步掌握無人機的飛行技巧，讓你從“新手上路”到“遊刃有餘”。 2.1 遙控器上的秘密：熟悉你的“指揮棒”。 遙控器是連接你與無人機的橋梁。我們將深入剖析遙控器的各項功能，讓你熟練掌握每一個按鈕和撥杆的意義。 搖杆功能詳解： 理解左搖杆（油門與航嚮）和右搖杆（俯仰與滾轉）在無人機飛行中的具體作用，以及它們如何配閤實現精確控製。 按鍵功能探索： 學習起飛/降落鍵、返航鍵、拍照/錄像鍵、雲颱控製鍵等常用按鍵的功能。 模式切換： 瞭解不同飛行模式（如P模式、S模式、A模式）的特點，以及它們在不同飛行場景下的適用性。 屏幕信息解讀： 學習解讀遙控器屏幕上顯示的飛行高度、距離、速度、電量、GPS信號等關鍵信息。 2.2 起飛的儀式感：從準備到升空。 起飛是飛行的起點，也是一個需要謹慎對待的環節。 場地選擇與安全檢查： 再次強調開闊、無遮擋、遠離人群的飛行場地的重要性。 無人機姿態調整： 確保無人機平穩放置，螺鏇槳已安裝牢固。 解鎖與起飛： 掌握正確的解鎖和起飛指令，讓無人機平穩升空。 初次懸停練習： 在起飛後，讓無人機保持在一定高度懸停，感受其穩定性，並進行細微的搖杆微調。 2.3 飛行基礎動作：穩健是關鍵。 掌握基礎的飛行動作，是構建更復雜航拍場景的基礎。 上升與下降： 熟練控製無人機的垂直升降，注意觀察高度變化。 前進與後退： 運用搖杆平穩地控製無人機的前進和後退，保持畫麵穩定。 左移與右移： 學習側嚮移動，為構圖提供更多可能。 原地轉嚮（航嚮控製）： 練習原地360度轉嚮，熟悉無人機的轉嚮響應。 組閤動作練習： 將以上基礎動作組閤起來，進行平穩的直綫飛行、轉彎飛行等練習。 2.4 進階飛行技巧：飛齣你的風格。 當基礎動作變得得心應手，你就可以嘗試更具挑戰性的飛行技巧，為你的航拍作品增添更多創意。 平穩的巡航： 掌握在不同速度下保持無人機穩定飛行的能力，尤其是在風力較大的環境下。 精準的降落： 練習將無人機平穩、精確地降落在指定位置，避免碰撞。 跟隨模式應用： 瞭解並熟練使用無人機的智能跟隨功能，讓無人機自動跟隨你或指定的移動目標。 環繞與興趣點規劃： 學習如何設置興趣點，讓無人機圍繞目標進行自動環繞飛行，捕捉360度的壯麗畫麵。 路徑規劃飛行： 探索如何預設飛行路徑，讓無人機按照預設路綫自主飛行，實現更復雜的鏡頭運動。 避障係統的理解與運用： 瞭解無人機避障係統的原理，以及如何在復雜環境中利用它來提高飛行安全性。 2.5 瞭解你的“眼睛”：雲颱的妙用。 雲颱是無人機攝影的靈魂。我們將詳細介紹雲颱的功能和操作。 雲颱的穩定原理： 解釋雲颱如何通過萬嚮節和電機補償無人機的震動和傾斜，實現畫麵穩定。 雲颱角度控製： 學習如何通過遙控器控製雲颱俯仰和滾轉，調整拍攝視角。 不同雲颱模式： 瞭解如FPV模式、跟隨模式等雲颱模式的特點，以及它們在不同拍攝場景下的應用。 第三部分：定格天空之美——航拍構圖與創意實踐 飛行是實現，而航拍纔是目的。在這一部分，我們將深入探討航拍的藝術，學習如何用你的鏡頭去發現和講述故事。 3.1 航拍的語言：構圖的黃金法則。 好的構圖能夠瞬間提升你的作品的藝術價值。我們將帶你走進航拍構圖的世界。 三分法與黃金分割： 學習如何將畫麵主體放置在視覺黃金分割點上，讓畫麵更具吸引力。 引導綫： 尋找畫麵中的自然綫條（如道路、河流、海岸綫），引導觀眾視綫，增強畫麵的縱深感。 對稱與平衡： 運用對稱構圖營造莊重感和穩定感，或通過畫麵元素的平衡來達到和諧的美學效果。 框架構圖： 利用前景中的物體（如樹枝、建築）形成框架，突齣主體，增加畫麵的層次感。 留白與呼吸空間： 適度的留白能夠讓畫麵更顯簡潔大氣，避免畫麵過於擁擠。 視角的變化： 探索高空俯視、低角度仰視、平行視角等不同視角帶來的視覺衝擊力。 3.2 光影的魔法：掌握不同時間的光綫運用。 光綫是攝影的靈魂，在航拍中更是如此。 黃金時段（日齣與日落）： 學習如何利用日齣和日落時柔和、溫暖的光綫，為畫麵增添色彩和氛圍。 藍色時段（日齣前與日落後）： 探索藍色時段冷調的光綫，拍攝齣寜靜、神秘的城市夜景或海景。 正午陽光的挑戰與機遇： 瞭解正午強光下的挑戰（陰影過重、色彩失真），以及如何通過雲層、陰影來巧妙運用。 夜晚的城市燈火： 學習在夜晚拍攝城市燈光，捕捉迷人的夜景。 3.3 創意航拍視角：讓你的作品脫穎而齣。 跳齣固定的思維模式，去探索更多新穎的拍攝方式。 低空飛行與細節捕捉： 嘗試低空飛行，近距離拍攝地麵景物，捕捉紋理、細節和動態。 逆光拍攝的魅力： 學習如何利用逆光，拍攝齣剪影效果、光暈效果，或突齣物體的輪廓。 雲層之上的風景： 探索在雲層之上拍攝，俯瞰雲海、山巒，或是在日齣日落時捕捉絢麗的晚霞。 動態運動的捕捉： 嘗試拍攝車輛、火車、船隻等移動物體，捕捉運動的軌跡和速度感。 人文與風景的融閤： 學習如何在壯麗的風景中融入人文元素，講述一個更生動的故事。 慢動作與延時攝影： 探索無人機拍攝的慢動作和延時攝影，創造齣獨特的視覺效果。 3.4 航拍作品的後期處理：錦上添花。 後期處理是航拍作品不可或缺的一部分，它能讓你的作品更加完美。 RAW格式的優勢： 解釋RAW格式相比JPEG格式在後期調整中的優勢。 基礎的色彩校正： 學習調整曝光、對比度、飽和度，讓畫麵色彩更自然。 銳化與降噪： 提升畫麵清晰度，同時避免過度銳化帶來的瑕疵。 局部調整： 運用濛版等工具，對畫麵局部進行精細調整，突齣重點。 天空的優化： 學習如何處理天空的色彩和細節，使其更加豐富。 常見的航拍後期軟件介紹： 簡要介紹Lightroom、Photoshop、DaVinci Resolve等常用後期軟件的基本功能。 第四部分：責任與未來——成為負責任的飛行者 掌握瞭飛行和拍攝的技巧，最後，我們更需要關注的是成為一名負責任的無人機使用者。 4.1 持續學習與技術迭代： 無人機技術發展迅速，新機種、新功能層齣不窮。我們將鼓勵你保持學習的熱情，關注行業動態，不斷提升自己的技能。 參加飛行培訓與交流活動。 關注專業論壇與社區。 瞭解最新的無人機技術和應用。 4.2 保護環境，尊重他人： 每一次飛行，都應該以對環境和他人負責的態度進行。 避免在自然保護區、野生動物棲息地等敏感區域飛行。 尊重他人的隱私，避免在私人場所進行窺探式飛行。 在公共場所飛行時，注意保持與行人的安全距離。 4.3 飛行安全意識的常態化： 將安全飛行變成一種習慣，將本書中的安全理念融入到每一次飛行中。 定期檢查無人機硬件。 關注天氣變化，及時調整飛行計劃。 遵守當地的飛行法規。 結語： 《飛翔的夢想：從零開始的航拍藝術與技術》是一扇通往天空的大門，它為你打開的不僅僅是視野，更是無限的創意與可能性。當你手中掌握著遙控器，無人機在空中平穩飛行，鏡頭捕捉著令人驚嘆的畫麵時，你便成為瞭一個真正的天空舞者，一個用鏡頭講述故事的創作者。 願你在飛翔中找到樂趣，在航拍中實現夢想，用你的作品，讓更多人看到這個世界的美好與神奇。現在，係好安全帶，讓我們一同起飛，去探索屬於你的天空！

評分☆☆☆☆☆

我是一名對電子工程有些瞭解的愛好者，我的需求點在於對現有技術進行深度挖掘和優化。市麵上很多入門書籍對於底層協議和固件定製的探討都淺嘗輒止，但這本書在這方麵的深度令人印象深刻。它詳細解析瞭開源飛控固件（比如ArduPilot或PX4）的關鍵模塊結構，甚至提供瞭如何基於這些框架進行二次開發的思路和代碼片段示例。特彆是關於導航算法和傳感器融閤（如卡爾曼濾波在姿態解算中的應用）的章節，內容紮實，引用瞭最新的研究成果，讓我可以站在巨人的肩膀上進行更進一步的實驗設計。對於想從“會組裝”躍升到“能創造”的進階玩傢來說，這本書無疑是提供瞭一個堅實的理論和實踐的橋梁。它激發瞭我對軟件層麵的興趣，我已經開始著手研究如何優化我的路徑規劃算法瞭。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身定做的，我一直夢想著能親手打造屬於自己的飛行器，但苦於缺乏係統性的指導。拿到這本書後，我立刻被它詳盡的圖文並茂的講解深深吸引住瞭。從最基礎的空氣動力學原理，到各種傳感器的選型和連接，作者都沒有絲毫保留，娓娓道來。尤其是關於飛控係統的調試部分，我之前在這個環節吃瞭不少閉門羹，但書裏給齣的步驟清晰得像是手把手教學，連那些晦澀難懂的PID參數調整，都被拆解成瞭易於理解的概念。我按照書中的建議，采購瞭材料，每天下班後都沉浸在組裝的樂趣中。那種掌控感和成就感，是任何成品無人機都無法比擬的。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，在我迷茫時總能及時點亮前方的路。我已經開始期待我第一個作品騰空而起的瞬間瞭。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書的初衷是想給我的高中科技興趣小組的孩子們找一本閤適的教材，用於培養他們的動手能力和STEM素養。經過細緻的閱讀和評估，我必須說，這本書的結構非常適閤教學場景。它不僅包含瞭理論基礎，還設計瞭由淺入深的實踐項目，每個項目完成後都能産生一個看得見摸得著的成果，這對於保持青少年的學習熱情至關重要。此外，書中對安全規範的強調非常到位，從螺鏇槳的安裝到電磁乾擾的預防，都做瞭詳盡的提醒，這對於指導缺乏經驗的學生進行實驗是極其負責任的。這本書無疑可以成為我們未來一整年的校本課程核心用書，它培養的不僅僅是操作技能，更是係統性的工程思維。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計簡直是藝術品級彆的。在這個信息爆炸的時代，一本內容詳實但閱讀體驗極差的書是難以讓人堅持下去的。但這本書的每一個章節之間的過渡都非常自然流暢，沒有那種突然跳躍感。插圖和電路原理圖清晰度極高，每一個細節標注得清清楚楚，即使用放大鏡查看也毫無壓力。更贊的是，作者在介紹每一個步驟時，都會附帶一個“為什麼這麼做”的解釋，這極大地滿足瞭我對事物本質的探究欲。我發現，很多時候，我們組裝成功瞭，卻不知道背後的物理或電子規律，這本書徹底彌補瞭我的知識盲區。閱讀的過程本身就是一種享受，讓人感到被尊重和重視，而不是被強行灌輸知識。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我原本對手冊類的書籍是有些抗拒的，總覺得它們枯燥乏味，充滿瞭晦澀的專業術語。然而，這本讓我徹底改觀。作者的文筆非常生動，他似乎深知初學者在麵對復雜電路和編程時的那種無助感，因此，他總能用最貼近生活、最形象的比喻來解釋那些高深的理論。舉個例子，他描述電調（ESC）的工作原理時，竟然用瞭“像一個智能的水龍頭，精確控製電機的轉速”來打比方，一下子就讓我抓住瞭核心。更讓我驚喜的是，書中還穿插瞭許多“避坑指南”，比如哪些材料容易在高溫下變形，哪些焊接技巧是新手最容易犯錯的。這些都是我在網上零散學習時根本找不到的“過來人”的經驗，極其寶貴。這本書的價值，遠超其定價，它真正實現瞭知識的“接地氣”。