1. 飞行器结构

1.1 主控板

主控板用的是STM32F103C8T6：

1.1.1 什么是STM32

STM32F103C8T6 是一款由意法半导体（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器（MCU）。Cortex-M3摒弃了冯· 诺依曼结构（普林斯顿结构），采用了将指令存储和数据存储分开的的哈佛结构（Harvard Architecture ），这样一来Cortex-M3同时拥有了独立的32-bit指令总线和32-bit数据总线，数据访问将不再占用指令总线，同时读取指令和数据后提升了MCU运行速度。主要特性为：

内核：
- ARM Cortex-M3 32位 RISC 处理器，最高工作频率为 72 MHz。
- 单周期乘法和硬件除法。
存储器：
- 64 KB 的闪存（Flash）用于程序存储。
- 20 KB 的 SRAM 用于数据存储。

1.1.2 什么是串口

串口（Serial Port）是一种用于串行通信的硬件接口，它通过逐位传输数据的方式在设备之间进行通信。串口的数据格式为：串口通信的数据通常以帧的形式传输，每帧包括：

起始位：标志数据帧的开始，通常为低电平（0）。
数据位：实际传输的数据，通常为 5-9 位。
校验位：用于检测数据传输中的错误，可以是奇校验、偶校验或无校验。
停止位：标志数据帧的结束，通常为高电平（1）。

1.1.3 什么是I2C接口

I2C接口和串口的区别：

特性	I2C	串口（UART/USART）
信号线	SDA（数据线）、SCL（时钟线）	TX（发送）、RX（接收）
通信方式	同步通信（有时钟信号）	异步通信（无时钟信号）
多设备支持	支持多主多从架构	通常点对点通信
传输速率	标准模式 100 kbps，快速模式 400 kbps，高速模式 3.4 Mbps	波特率可配置，常见 9600、115200 bps
硬件复杂度	需要上拉电阻	硬件简单，直接连接即可
应用场景	传感器、存储器、外设控制等	调试、通信设备、工业控制等

1.1.4 什么是NRF24L01

NRF24L01 是一款由 Nordic Semiconductor 公司推出的低成本、低功耗的 2.4 GHz 无线收发模块，广泛应用于无线通信领域。工作频率为2.4 GHz ISM 频段（全球通用，无需许可证）；通信距离在开阔地带，最大通信距离可达 100 米（具体距离受环境、天线和功率影响）。支持点对点通信，即两个 NRF24L01 模块之间可以直接通信。

1.2 遥控板

遥控板的结构图为：

1.2.1 什么是SWD

SWD 烧录接口（Serial Wire Debug，串行线调试接口）是一种用于 调试和烧录 ARM Cortex-M 系列微控制器（MCU）的接口。它是 JTAG 接口的简化版本，使用更少的引脚，同时保留了调试和烧录的核心功能。SWD 接口仅需 2 根信号线：SWCLK（Serial Wire Clock）：时钟线，用于同步数据传输；SWDIO（Serial Wire Data Input/Output）：双向数据线，用于传输调试和烧录的数据。

1.2.2 什么是24C02

24C02 是一款由 Microchip 公司（原 Atmel）生产的 EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）芯片。它是一种非易失性存储器，即使在断电后也能保留数据。24C02 的容量为 2 Kbit（256 字节），常用于存储小量的配置数据、校准参数或其他需要长期保存的信息。

1.3 惯性传感单元

惯性传感单元使用6轴姿态传感器MPU6050，它集成了 3轴加速度计 和 3轴陀螺仪，并内置了一个 数字运动处理器（DMP），能够高效地处理传感器数据。主要特性有：

3轴加速度计：测量物体在 X、Y、Z 三个方向上的加速度。
3轴陀螺仪：测量物体在 X、Y、Z 三个方向上的角速度（旋转速度）。
内置 DMP（数字运动处理器）：可以实时处理传感器数据，减轻主控芯片的负担。

2. 飞行原理

2.1 飞行姿态

飞行器在飞行过程中有个重要的指标：飞行姿态。飞行姿态则涉及到如下欧拉角：pitch（俯仰角）、yaw（偏航角）、roll（横滚角）。

pitch()：俯仰，将物体绕Y轴旋转（localRotationY）

yaw()：航向，将物体绕Z轴旋转（localRotationZ）

roll()：横滚，将物体绕X轴旋转（localRotationX）

2.2 四旋翼无人机飞行原理

本项目将采用 “×” 型四旋翼无人机设计，该类型飞行器结构图如下：

为了方便描述，将四旋翼无人机的四个电机分别编号为：Motor1、Motor3、Motor2、Motor4。Motor1和 Motor3电机逆时针进行旋转，从而可以产生逆时针方向的扭矩，Motor2和 Motor4电机顺时针进行旋转，从而可以产生顺时针方向的扭矩。如此，对于一个整体受力分析，四个旋翼旋转所产生的扭矩便可相互抵消。当四个旋翼具有相同的转速，产生的上升合力正好与自身重力相等，则飞行器将进入悬停状态！

2.2.1 垂直运动

如上图所示，在保证四旋翼无人机每个旋翼转速大小相同（产生的总扭矩为零，此时悬停），对每个旋翼增加/减小大小相同的转速，便可实现无人机的垂直上升/下降运动。

旋翼总升力>无人机重力，垂直上升；

旋翼总升力<无人机重力，垂直下降。

2.2.2 俯仰运动

将电机Motor1、Motor4的转速减小或者将Motor2、Motor3增加时，四旋翼会产生向前上方的力，使四旋翼向前飞行。反之，如果将Motor1、Motor4的转速增加或者将Motor2、Motor3减小时，四旋翼会产生向后上方的力，使四旋翼向后飞行。

2.2.3 滚转运动

将电机Motor1、Motor2的转速增加或者将Motor3、Motor4的转速减小时，四旋翼会产生向右上方的合力，使四旋翼向右飞行。反之，如果减小Motor1、Motor2的转速或者增加Motor3、Motor4的转速，四旋翼会产生向左上方的合力，使四旋翼向左飞行。

2.2.4 偏航运动

将电机Motor2、Motor4的转速增加或者将Motor1、Motor3的转速减小，四旋翼会向右旋转，实现向右偏航。反之，如果将Motor2、Motor4的转速减小或者将Motor1、Motor3的转速增加，四旋翼会向左旋转，实现向左偏航。

3. 无人机试飞

3.1 姿态飞行控制

上升控制：慢慢的拉高遥杆，忌快速拉高油门遥杆。
旋转控制：飞行器水平旋转，新手不建议使用。
方向控制：一旦发现飞行偏飞，使用方向遥杆进行矫正。

3.2 试飞视频

由于WordPress视频大小限制，上传的是压缩后的试飞视频，画质较差。