无人机学习之路——学习路线

本文详细介绍了电子硬件部分,包括电子电路原理、锂电池输入、单片机最小系统板、电机驱动和传感器融合。在软件部分,重点讲解了单片机编程,如STM32CubeMX配置、传感器数据处理、姿态计算与融合、PID控制以及遥控系统调试。内容涵盖从硬件设计到软件实现的关键技术。

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带*号的为可忽略的部分

电子硬件部分

  • 电子电路原理
    • 原理图、PCB(AD,立创EDA)        不需要会画,能看懂引脚啥的就行
    • 电子工艺:焊接、调试(示波器使用等)
  • 原理图主要部分
    • 锂电池输入
    • 锂电池充电电路
    • 降压( VIN->5V,5V->3.3V )
    • 单片机最小系统板(复位电路,下载电路等)
    • 电机驱动部分
    • 姿态传感器(陀螺仪+加速器计+磁力计+气压计)
    • 射频遥控部分*

软件部分

  • 单片机编程
    • STM32CubeMX(配置底层软件)
    • 基本调试方式(单步、断点等)
    • 基本外设:串口、I2C、SPI、DMA、ADC、中断等
    • Makefile的使用(Keil等IED已经帮你做好了,不需要了解太多)
    • 实时操作系统(FreeRTOS等)
  • 姿态(MPU系列模块)
    • 传感器的读取(SPI、I2C)
    • 传感器数值预处理(如归一化、单位换算等)
    • 姿态计算与融合
    • 计算方式:欧拉角、四元数、方向余弦矩阵
    • 融合:互补滤波、卡尔曼滤波*
  • 控制
    • PID控制
    • 串级PID(角速度环+角度环)*
  • 遥控
    • NRF24L01
    • 遥杆
  • 调试
    • 测试架(俯仰、横滚)
### 无人机技术学习的技术路线 #### 技术框架概述 在电子竞赛中,尤其是涉及无人机的项目,通常需要掌握多个领域的知识和技术。这些领域可以分为硬件设计、软件开发以及系统集成三个主要部分[^1]。 #### 硬件设计 硬件设计无人机的基础,主要包括以下几个方面: - **电路设计与PCB布局**:熟悉Altium Designer或KiCad等工具用于绘制原理图和PCB板。需要注意的是,在进行PCB设计时应遵循电磁兼容性和信号完整性原则[^2]。 - **焊接技术**:熟练掌握手工焊接技巧,并了解再流焊(SMT)工艺及其应用场合。 - **材料选择**:订购材料前需仔细考虑重量、强度等因素对飞行性能的影响;同时也要关注成本控制问题。 #### 软件开发 软件部分则涵盖了从底层驱动到高层算法的设计实现过程: - **嵌入式编程基础**:建议先从Arduino平台入门,因其简单易懂且社区资源丰富。随着能力提升可逐步过渡至更复杂的微控制器如STM32系列芯片的学习使用。 - **实时操作系统RTOS**:为了提高程序运行效率并简化复杂任务管理,有必要深入研究FreeRTOS等相关概念及其实现方法。 - **传感器融合处理**:利用Kalman滤波器或其他先进算法完成加速度计、陀螺仪等多种传感数据的有效组合计算位置姿态信息。 - **路径规划与避障功能**:通过SLAM(simultaneous localization and mapping)或者预定义地图的方式让无人机具备自主导航能力。 #### 系统集成测试 最后一步便是将上述各个独立模块有机结合在一起形成完整的解决方案并通过反复试验验证其可靠性稳定性等方面的表现情况良好与否决定最终成果质量高低程度如何等问题解答如下所示: ```python import time from dronekit import connect, VehicleMode, LocationGlobalRelative def arm_and_takeoff(aTargetAltitude): """ Arms vehicle and fly to aTargetAltitude. """ print("Basic pre-arm checks") # Don't try to arm until autopilot is ready while not vehicle.is_armable: print(" Waiting for vehicle to initialise...") time.sleep(1) print("Arming motors") # Copter should arm in GUIDED mode vehicle.mode = VehicleMode("GUIDED") vehicle.armed = True # Confirm vehicle armed before attempting to take off while not vehicle.armed: print(" Waiting for arming...") time.sleep(1) print("Taking off!") vehicle.simple_takeoff(aTargetAltitude) # Take off to target altitude # Wait until the vehicle reaches a safe height before processing the goto (otherwise the command after Vehicle.simple_takeoff will execute immediately). while True: print(" Altitude: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt) if vehicle.location.global_relative_frame.alt >= aTargetAltitude * 0.95: break time.sleep(1) if __name__ == "__main__": connection_string = '/dev/ttyUSB0' # Replace with your port name or IP address baud_rate = 57600 vehicle = connect(connection_string, wait_ready=True, baud=baud_rate) arm_and_takeoff(10) # Example of taking off to an altitude of 10 meters. point1 = LocationGlobalRelative(-35.361354, 149.165218, 20) vehicle.simple_goto(point1) time.sleep(30) # Let it reach there approximately within this duration. print("Returning to Launch") vehicle.mode = VehicleMode("RTL") # Close vehicle object before exiting script print("Close vehicle object") vehicle.close() ```
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