了解多旋翼無人飛行器的系統架構及運作原理
本書從飛行器的基本流體力學原理開始，逐步介紹自動控制、微處理機的基本原理，進而說明多旋翼無人飛行器的系統架構。
從零件選購開始，一步步組裝出自己的四軸飛行器
簡單解說理論之後，本書從零件採購開始，介紹目前流行的開源飛控韌體，並將其功能做完整的剖析，讀者們可以發揮無盡的想像空間玩出更多更新奇有趣的應用。完成基本組裝之後，更有詳盡的步驟說明，協助新手完成最為頭痛的飛行器校正以及解決參數設定的難題。
自動導航飛行全攻略，您也能看見台灣
完成組裝與設定測試之後，接下來是更為進階的自動導航飛行全攻略，藉由這些實作，您可以體驗時下流行的無人機送貨、自主巡航。接著，則是空拍設備的知識分享與裝配過程，最後，Ark團隊更無私分享了幾項具有互動性的改裝項目，熱血的Maker們絕對不容錯過。
本書可以協助您：
．了解多旋翼無人飛行器的運作原理
．認識開源飛控韌體，各廠牌功能剖析
．認識飛行器的各種重要元件與掌握採購要點
．逐步解說繁瑣的飛行器校正、解決複雜的參數設定
．自動導航飛行全攻略，體驗無人機送貨、自動巡航等先進功能
．介紹空拍設備的知識與裝配過程，讓您也能看見台灣
具体描述
探寻科技前沿：现代电子技术与控制系统实践指南 书籍简介： 本书是一部面向对现代电子技术、嵌入式系统、自动控制原理及机电一体化有浓厚兴趣的读者精心编撰的实践性指南。全书摒弃了过于冗长和脱离实际的理论阐述，聚焦于将前沿技术转化为可操作的工程项目。我们深知，在快速迭代的科技领域，理论的理解必须与动手实践紧密结合，才能真正掌握核心技术。 全书内容围绕微控制器应用、传感器数据融合、实时控制算法设计以及低功耗系统构建四大核心模块展开，旨在为读者提供一个从基础概念到复杂系统集成的完整知识路径。 --- 第一部分：嵌入式系统与微控制器深度解析 本部分是构建一切现代电子系统的基石。我们详尽介绍了当前工业界和创客社区最主流的两类微控制器平台：基于ARM Cortex-M架构的高性能MCU与基于RISC-V架构的新一代低功耗芯片。 1.1 芯片选型与开发环境搭建： 我们不仅会对比不同系列MCU（如STM32、ESP32系列）的性能指标（时钟频率、内存、外设支持），更侧重于“为何选择”的决策过程。内容涵盖从CubeMX/PlatformIO到VS Code的完整开发环境配置，强调工具链的效率优化。 1.2 裸机编程与实时操作系统（RTOS）： 我们深入讲解了如何高效利用中断（Interrupts）、定时器（Timers）和直接内存访问（DMA）进行高效数据处理，避免不必要的CPU开销。在此基础上，引入FreeRTOS或Zephyr等轻量级RTOS。讨论的重点包括任务调度策略（优先级反转、死锁避免）、内存池管理以及跨任务通信机制（信号量、消息队列）。这部分内容旨在培养读者构建高可靠、实时响应系统的能力。 1.3 硬件接口协议精通： 详细解析了SPI、I2C、UART等常用串行通信协议的底层时序要求和错误处理机制。特别增设了对CAN总线在分布式控制网络中的应用实例，这对于构建多节点同步系统至关重要。每种协议都附带了实战性的代码示例，确保读者能够快速上手调试实际硬件。 --- 第二部分：传感器技术与数据预处理 现代系统的智能程度，直接取决于其对物理世界的感知能力。本部分专注于如何精准、可靠地获取和解释环境数据。 2.1 惯性测量单元（IMU）与姿态估计： 重点剖析了三轴陀螺仪、加速度计和磁力计的工作原理及其噪声特性。我们不满足于简单的数据读取，而是将篇幅用于卡尔曼滤波（Kalman Filter）和互补滤波（Complementary Filter）的数学建模与代码实现。读者将学会如何有效融合多源异构传感器数据，获取稳定、低漂移的姿态角（Pitch, Roll, Yaw）。 2.2 距离测量与环境感知： 探讨了超声波、红外测距以及高精度激光雷达（LiDAR）的基本原理和数据解读。对于LiDAR数据，我们侧重于点云数据的初步处理，如降噪、平面拟合等基础几何运算。 2.3 信号调理与抗干扰设计： 讨论了如何通过硬件手段（如低通滤波电路、共模抑制）和软件手段（数字滤波）来应对电子噪声，确保输入给微控制器的信号是干净且可信的。 --- 第三部分：自动控制理论与数字实现 本部分是全书的核心，涉及系统稳定性和性能的理论指导与工程转化。 3.1 经典控制理论回顾与数字域转换： 简要回顾了PID控制的基本结构，但立即转向其在数字系统中的实现细节。讨论了离散化方法（如零阶保持ZOH），以及积分饱和和微分项噪声放大等实际工程问题。 3.2 高级控制策略探讨： 引入状态空间法作为理解复杂多变量系统的基础。详细介绍了LQR（线性二次调节器）的设计流程，并将其应用于需要精确跟踪和最优能耗的控制目标。这部分内容为读者搭建更复杂的控制系统提供了理论框架。 3.3 伺服驱动与功率管理： 深入解析了直流无刷电机（BLDC）的驱动原理，包括FOC（磁场定向控制）的基本概念和SVPWM（空间矢量脉宽调制）的实现。同时，强调了电机驱动电路的热管理与电磁兼容性（EMC）设计，这是系统可靠性的关键环节。 --- 第四部分：系统集成、测试与优化 理论和代码只有在实际运行中才能体现价值。本部分聚焦于如何将前三部分的内容有机地结合起来，形成一个健壮的、可部署的系统。 4.1 模块化架构设计： 提倡采用分层、解耦的软件架构（如分层驱动层、业务逻辑层、接口层），便于代码的复用、调试和未来升级。 4.2 系统级调试与故障诊断： 重点介绍使用逻辑分析仪、示波器等工具进行时序验证和信号完整性分析的方法。针对嵌入式系统，讲解了如何利用内存调试工具、看门狗定时器（Watchdog）和错误码日志系统来定位难以复现的间歇性故障。 4.3 性能优化实战： 探讨了如何通过代码剖析（Profiling）来识别系统中的性能瓶颈。包括如何优化内存访问模式、减少内存碎片，以及如何通过硬件加速（如使用DSP指令集或FPGA协同处理）来提升计算吞吐量。 结语： 本书旨在培养读者“理解底层原理、掌握工程实现、具备系统优化能力”的综合素质。我们相信，通过对这些关键技术领域的深入学习和实践，读者将能够独立设计、构建和调试高性能的机电一体化系统。全书贯穿着严谨的工程思维，鼓励读者以批判性的眼光审视每一个设计决策，最终达到精通现代电子控制技术的目的。
著者信息
作者簡介
Ark lab團隊
多旋翼飛行器拉近了我們與天空的距離， 透過全新的視角我們將重新認識這片土地。自由開放與分享是我們的精神，更希望能持續推波助瀾引發這股「開源天空」的革命。
網站：ark-lab.blogspot.tw
Ark lab團隊
多旋翼飛行器拉近了我們與天空的距離， 透過全新的視角我們將重新認識這片土地。自由開放與分享是我們的精神，更希望能持續推波助瀾引發這股「開源天空」的革命。
網站：ark-lab.blogspot.tw
图书目录
第1章 多旋翼飛行器介紹
第2章 動手做一台吧！
第3章 地面導控站
第4章 機體校準與設定
第5章 你的首次飛行
第6章 多軸飛行器的自動導航
第7章 搖身一變成空拍機
第8章 來試試第一人稱飛行吧！
第9章 飛行機器人
第2章 動手做一台吧！
第3章 地面導控站
第4章 機體校準與設定
第5章 你的首次飛行
第6章 多軸飛行器的自動導航
第7章 搖身一變成空拍機
第8章 來試試第一人稱飛行吧！
第9章 飛行機器人
图书试读
序
原來，天空離我們這麼近
自古以來，幻想能擁有鳥兒般自由的雙翼翱翔於天際一直是人類的夢想。今日，拜控制與微機電技術的進展之賜，在萊特兄弟的挑戰者號升空後的148個年頭後，天空又再度風起雲湧地掀起一場無聲的革命了。
正打開本書的開發者、Maker、抑或是航模愛好者們，我們皆在這股浪潮中扮演著舉足輕重的角色呢！透過本書的內容與編排，各位將從飛行器的基本流體力學原理開始，由淺入深地認識自動控制、微處理機的基本原理，進而通盤了解多旋翼無人飛行器的系統架構。
第二章開始將理論背景運用在實作當中，從零件採購開始，一步一步的設計出屬於自己的第一台多旋翼無人飛行器。書中介紹了數種開源的飛控韌體，並將其功能做完整的剖析，讀者們可以發揮無盡的想像空間玩出更多更新奇有趣的應用。藉由第三章與第四章的手把手教學，飛行器繁瑣的校正、參數設定難題將迎刃而解，方能於第五章中在戶外有一場完美且愉悅的飛行體驗。內文更有進階的自動導航飛行全攻略，能夠讓各位讀者實現科幻電影當中的無人機送貨、自主巡航等等充滿未來感與想像的飛行旅程。一定沒有人想錯過時下最風行的空拍熱潮吧？第七章開始詳細的介紹了空拍設備的知識與裝配過程，期待能與各位讀者一同用全新的視角重新認識這塊土地。多旋翼無人飛行器，因為具有高度的機動性與自主性，所以也被稱之為「飛行機器人」。最末章收錄了幾項具有互動性的改裝項目，熱血的Maker們絕對不容錯過。
本書的付梓是一個標竿也是一個開端。ArkLab多旋翼工坊深耕無人飛行器的各項創新應用，因多旋翼無人飛行器是結合了機械、電子、控制、通訊等科技的綜合產物，拋磚引玉無非是希望能與更多人投入這項「空中革命」，一同前來分享這片自由、開放的天空。當飛行器升空的那一刻，各位將驚覺：原來，天空離我們這麼近。
原來，天空離我們這麼近
自古以來，幻想能擁有鳥兒般自由的雙翼翱翔於天際一直是人類的夢想。今日，拜控制與微機電技術的進展之賜，在萊特兄弟的挑戰者號升空後的148個年頭後，天空又再度風起雲湧地掀起一場無聲的革命了。
正打開本書的開發者、Maker、抑或是航模愛好者們，我們皆在這股浪潮中扮演著舉足輕重的角色呢！透過本書的內容與編排，各位將從飛行器的基本流體力學原理開始，由淺入深地認識自動控制、微處理機的基本原理，進而通盤了解多旋翼無人飛行器的系統架構。
第二章開始將理論背景運用在實作當中，從零件採購開始，一步一步的設計出屬於自己的第一台多旋翼無人飛行器。書中介紹了數種開源的飛控韌體，並將其功能做完整的剖析，讀者們可以發揮無盡的想像空間玩出更多更新奇有趣的應用。藉由第三章與第四章的手把手教學，飛行器繁瑣的校正、參數設定難題將迎刃而解，方能於第五章中在戶外有一場完美且愉悅的飛行體驗。內文更有進階的自動導航飛行全攻略，能夠讓各位讀者實現科幻電影當中的無人機送貨、自主巡航等等充滿未來感與想像的飛行旅程。一定沒有人想錯過時下最風行的空拍熱潮吧？第七章開始詳細的介紹了空拍設備的知識與裝配過程，期待能與各位讀者一同用全新的視角重新認識這塊土地。多旋翼無人飛行器，因為具有高度的機動性與自主性，所以也被稱之為「飛行機器人」。最末章收錄了幾項具有互動性的改裝項目，熱血的Maker們絕對不容錯過。
本書的付梓是一個標竿也是一個開端。ArkLab多旋翼工坊深耕無人飛行器的各項創新應用，因多旋翼無人飛行器是結合了機械、電子、控制、通訊等科技的綜合產物，拋磚引玉無非是希望能與更多人投入這項「空中革命」，一同前來分享這片自由、開放的天空。當飛行器升空的那一刻，各位將驚覺：原來，天空離我們這麼近。
用户评价
评分
這本手冊的排版和圖文比例拿捏得相當到位，閱讀體驗極佳，不會有那種厚重教科書的壓迫感。每一章節的結束，都會有一個簡潔的總結，方便讀者快速回顧重點。我尤其欣賞它對於「調參」這個魔鬼環節的處理方式。它並沒有給出一個「萬用參數」，而是教你如何觀察飛行器的即時回饋，並根據環境因素（比如風力、載重）來微調每個參數。這種「授人以漁」的教學方式，遠比直接複製貼上別人的設定要來得有價值。 對於想要跨入競速FPV領域的朋友來說，這本書所建立的穩定基礎，是後續學習高速飛行的前提。穩定的機體和清晰的控制邏輯，才能讓你更專注於視覺捕捉和賽道策略。我身邊不少朋友都是靠著這本手冊，成功擺脫了「機體抖動症候群」，從此飛行更加精準。總體來說，這本書不僅僅是一本工具書，它更像是一張通往專業四軸飛行器領域的入門通行證，對於任何想認真對待這項愛好的人來說，都是必備的案頭參考書。
评分這本關於四軸飛行器的手冊，光是看書名就讓人忍不住想把它帶回家。對於我這種熱愛DIY，又對空拍機充滿好奇的玩家來說，簡直是挖到寶了。書裡講解的內容，從基本的空氣動力學原理到電子元件的選購，都講得非常紮實。特別是針對初學者的部分，作者用了很多生動的比喻，讓我這個理工科背景不深的人也能輕鬆理解。像是解釋姿態感測器如何運作時，搭配的圖解非常清晰，一點都不馬虎。 我記得以前想組裝自己的四軸機時，網路上零散的資訊東拼西湊，常常搞得一頭霧水，光是挑選合適的電變和馬達就傷透腦筋。這本書的優點就在於，它提供了一個完整的SOP，從零開始教你如何規劃你的第一台自製機。書中對於不同飛行模式的介紹，像是定高、定速、甚至是一些進階的特技飛行模式，都有詳細的參數設定建議。雖然有些硬體規格可能隨著時間會有點點更新，但核心的邏輯和調試技巧，絕對是亙古不變的寶貴知識。讀完之後，我對自己動手組裝一台穩定、性能又好的無人機充滿信心，這份成就感是買成品機完全無法體會的。
评分說真的，市面上教無人機的書不少，但很少能像這本一樣，把「從無到有」的過程拆解得這麼透徹。內容編排的邏輯性簡直是一絕，彷彿作者就是坐在你旁邊，一步一步帶著你完成組裝和軟體調校。對於電子學和編程稍微有點概念的朋友來說，書裡提到的飛控韌體燒錄和參數調校章節，簡直是精華中的精華。它不只是教你「怎麼做」，更深入探討了「為什麼要這麼做」。例如，在介紹PID參數調整時，作者用非常生活化的方式解釋了P、I、D各項參數對飛行穩定性的影響，讓抽象的數學模型變得可視化。 我個人覺得最實用的一點是，書中還特別闢了一個章節專門討論常見的飛行故障排除。這點真的太重要了！很多時候，飛機組裝好後，面對各種不預期的震動、漂移或是失控，光靠網路搜尋常常找不到確切的解答。這本書卻像一本飛行器急救指南，列出了可能的原因和對應的解決方案，涵蓋了從槳葉平衡到電調校準的各種細節。對於我這種喜歡在戶外嘗試極限飛行的玩家來說，這份事前預防和事後維修的知識，簡直是無價之寶，省了我不少昂貴的零件更換費用。
评分坦白說，現在網路上關於四軸飛行器的資訊多到讓人眼花撩亂，但很多內容品質參差不齊，甚至是過時的教學。然而，這本手冊給我的感覺是「經過時間沉澱的精華」。它沒有緊追著最新的噱頭跑，而是專注於如何打穩基礎，確保你製作出來的飛行器是安全、可靠且易於維護的。書中對「安全操作規範」的強調，也讓我印象深刻。作者非常嚴肅地提醒了電池的儲存、充電的安全注意事項，這在DIY圈子裡往往容易被忽略，但卻是極其重要的環節。 整本書的語言風格，雖然專業，但用字遣詞非常嚴謹且清晰，沒有過多的術語堆砌，讀起來非常順暢。對於那些希望從單純的「遙控器操作者」轉變為「飛行器設計者」的讀者來說，這本書提供了必要的知識框架。它讓我理解到，一台好的無人機，背後是力學、電子學和控制理論的完美結合。它不僅僅是一本教你組裝的書，更像是一本啟發你思考飛行器設計哲學的教材。
评分這本工具書的設計思維，明顯是站在「實用主義者」的角度出發的。它沒有過多華麗的詞藻，每一頁都塞滿了乾貨。翻開內頁，你會發現大量的線路圖、零件配置圖，還有實際測試數據的圖表。這種紮實的內容呈現方式，對於真正想投入這個領域的朋友來說，是最好的學習媒介。我特別喜歡它在材料選擇上的建議，它並沒有一味推薦最貴的競賽級零件，而是針對不同預算和用途，給出了性能與成本平衡的最佳選擇。 例如，在講解機架材料時，書中不僅分析了碳纖維的優缺點，還順帶提到了3D列印在製作客製化支架上的應用潛力，這展現了作者對當前自製圈發展趨勢的掌握度。這本書的深度，讓它不只適合當作入門手冊，更適合當作進階玩家的參考文獻。當我想要升級我的飛行控制系統，或者嘗試加入額外的感測器時，我都會習慣性地翻閱這本書，重新審視基礎設定的邏輯，往往能從中得到新的啟發，優化原本的設計。
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