芯耀
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大家好，我是专注分享职业规划/技术科普/智能生活有关原创文章的allen康哥。
经常有同学给我留言说如何开始学习四轴无人机，我自己在校期间也是做无人车和四轴出身的，当然我的推动手段是靠比赛，这确实是个好方法，不过这不是今天的主题，感兴趣的话之后专门在写。文末有提供的参考资源链接，欢迎自取。
首先是基础知识的积累
下边几个原则上是必备的技能，但是初学也不必过分纠结先大致入个门就可以，不要因为细节放弃大目标。
C语言编程：熟悉基础概念，结构体、指针和中断处理这种就可以。
数学基础：PID控制算法、四元数姿态解算，比较难理解，先泛泛了解。
第二步是了解四轴硬件组成
四轴因为要考虑重点和载荷的问题，和小车还不一样，小车可以自己随便DIY就可以，四轴的学习我建议一开始开始参考成熟的套件最好，这个某宝很多，基本都可以。后边熟悉了可以找些免费的开源硬件资源自己打板焊接下，顺便还学习了硬件，成就感爆棚！
四轴的硬件组成主要有以下部分：
单片机（MCU）：如STM32F411，负责数据处理和控制逻辑。
遥控器和接收机：遥控器也可以基于STM32制作，无线连接使用2.4G比较常见。
电池和电源管理：2S-4S锂电池（7.4V-14.8V），需配低噪声稳压模块（如LM2596）。
第三步软件开发环境搭建
到了这一步是难住大部分同学的门槛，其实对于初学者直接先看成熟的源码学习是个不错的路径，不过今天主要是分解下学习步骤，所以一步步分解下。
IDE：STM32CubeIDE（免费，集成HAL库）
烧录工具：ST-Link V2
代码管理：Git（非常推荐学习下，源代码管理神器）
第四步软件算法学习
这步还是一样，初学可以直接看成熟的项目拆解学习，不过本文还是说下主要的算法。
传感器数据读取（MPU6050）
使用I2C协议读取原始数据，并进行校准和滤波：
// 示例：读取陀螺仪数据
void MPU6050_ReadGyro(int16_t *gx, int16_t *gy, int16_t *gz) {
uint8_t buf[6];
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MPU6050_ADDR, GYRO_XOUT_H_REG, 1, buf, 6, 100);
*gx = (buf[0] << 8) | buf[1];
*gy = (buf[2] << 8) | buf[3];
*gz = (buf[4] << 8) | buf[5];
}
PID控制器实现
实现比例-积分-微分控制算法：
typedef struct {
float Kp, Ki, Kd;
float integral;
float prev_error;
} PID;
float PID_Update(PID *pid, float error, float dt) {
pid->integral += error * dt;
float derivative = (error - pid->prev_error) / dt;
pid->prev_error = error;
return pid->Kp * error + pid->Ki * pid->integral + pid->Kd * derivative;
}
// 设置电机PWM占空比（0-1000对应0%-100%）
void Motor_SetSpeed(uint8_t motor_id, uint16_t duty) {
TIM_OC_InitTypeDef pwm_config = {0};
pwm_config.Pulse = duty;
pwm_config.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &pwm_config, motor_id);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, motor_id);
}
第五步调试工具及手段
做电子类项目开发，一定要会调试，不然基本等于没入门！
串口调试：使用串口调试工具查看传感器打印数据，也可以用匿名调试工具这种集成的四轴专业工具。
示波器：必备工具，可以检查PWM信号波形，协议时序报文等，如果财力有效，可以买些低速率的开源硬件，也能先撑着用。
最后是一些可以借鉴参考的项目资源：
Crazepony微型四轴
定位：面向大学生和创客的开源平台，主控采用STM32F103，支持二次开发。
资源：提供原理图、飞控源码（含PID调参示例）及3D打印模型文件
http://www.crazepony.com/
匿名飞控（ANOFly）
功能：基于STM32F4的飞控系统，集成MPU6050姿态解算、PID控制算法，支持匿名上位机实时数据监控。
亮点：提供完整的Matlab仿真模型，便于调试姿态融合算法。
应用：适合研究四元数解算和传感器滤波技术
https://www.anotc.com/wiki/welcome
正点原子ATK-MiniFly系列
特点：完整开源硬件（原理图、PCB）和软件（FreeRTOS实时系统），支持光流定高、手机APP遥控、4D空翻等特性。
硬件配置：STM32F4主控 + MPU9250/BMP280传感器 + NRF24L01通信模块，成本控制在300元以内。
学习资源：提供用户手册、固件源码（V1.0-V1.4）、常见问题解答
http://www.openedv.com/docs/fouraxis-fly/minifly.html
国外的一些开源项目：
Betaflight
GitHub地址：https://github.com/betaflight/betaflight
特点：专注于竞速无人机的高性能飞控，支持STM32系列MCU（如F4/F7）。
提供丰富的调参接口（PID、滤波器、电机映射等）。
内置黑匣子（数据记录）和OSD（屏幕显示）功能。
适用场景：竞速、穿越机、FPV（第一视角飞行）。
学习资源：官方文档详细，社区活跃（Betaflight Discord群组）。
PX4 Autopilot
GitHub地址：https://github.com/PX4/PX4-Autopilot
特点：由Dronecode基金会维护，支持多旋翼、固定翼等多种无人机类型。
提供完整的自主飞行功能（路径规划、避障、RTK定位）。
兼容硬件：Pixhawk系列飞控（如Pixhawk 4, Cube Orange）。
适用场景：科研、农业测绘、物流运输。
亮点：与ROS（机器人操作系统）深度集成，适合开发复杂应用。
ArduPilot（这是我第一份工作参考学习的资料）
GitHub地址：https://github.com/ArduPilot/ardupilot
特点：历史悠久的开源飞控，支持超过200种飞行平台。
功能涵盖自动起飞、航线飞行、自动返航等。
硬件兼容性广（从STM32到Linux单板机）。
适用场景：教育、农业、航拍。
工具链：Mission Planner（地面站软件）提供可视化控制。
MicroDrone（空心杯四轴）
教程链接：https://github.com/MicroDrone/MicroDrone
特点：使用Arduino Nano和空心杯电机，成本低于100元。
提供从焊接、调参到飞行的完整教程。
硬件清单：
电机：8520空心杯
传感器：MPU6050
遥控：NRF24L01模块
关于作者：我是Allen，持续更新职业规划/技术科普/智能生活有关原创文章的知识博主。欢迎关注，也欢迎围观我的朋友圈感悟方法论分享~
