無人機編程概述

徐進強

摘 要：隨著現代科技的發展，無人機的使用已越來越廣泛了，無人機編程也隨即進入人們的視線，引起了大家廣泛的興趣。因而在無人機教學中，無人機編程儼然成為了一大亮點。

關鍵詞：無人機;編程;系統組成

通常我們將遙控飛機稱作“無人機”，在英文中，除了最常用的“drone”之外，常見的還有“UAV”（unmanned aerial vehicle）和“UAS”（unmanned aircraft system）。UAV與drone指的都是無人飛機，而UAS則指的是整個無人機系統。一般所說的無人機指的是應用于航空攝影的民用產品，與軍用無人機無關。

一、概述

無人機實際上是無人駕駛飛行器的統稱，從技術角度定義可以分為：無人固定翼飛機、無人垂直起降飛機、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。與載人飛機相比，它具有體積小、造價低、使用方便、對作戰環境要求低、戰場生存能力較強等優點。

每一種無人機系統各有不同，但一些基本的共同點。比如除了無人機的飛行機構之外，它們通常還包括用于提供動力的鋰電池、安裝在穩定云臺上的相機以及無線電通信系統。而大多數無人機產品還包括一個專用的控制器，也有一些較為便宜的消費級型號只能使用智能手機進行控制。

從外觀上看，大多數無人機似乎是一種簡單的設備，但實際上它們采用了一些相當先進的技術，包括追蹤無人機位置的GPS、用于避免碰撞的各種傳感器、甚至跟蹤移動主體的智能飛行模式等等。

二、無人機系統組成

隨著現代科技的發展，無人機的使用已越來越廣泛了，無人機編程也隨即進入人們的視線，引起了大家廣泛的興趣。因而在無人機教學中，無人機編程儼然成為了一大亮點，而中小學生作為未來人才儲備，掌握無人機編程知識將成為一種趨勢，故而對無人機產品知識的學習勢在必行。

1.飛行器

任何系統的核心都是飛行器，目前大多數消費級無人機都是四軸設計，而用于電影拍攝的高端機型也有六軸甚至八軸設計的。當今的多軸無人機采用的都是固定螺距的螺旋槳系統，而大多數機型使用塑料或玻璃纖維復合材料制成的可拆卸螺旋槳，具有簡單的扭轉鎖定系統，而有些型號則提供可折疊的螺旋槳設計。

2.螺旋槳

無人機的螺旋槳由無刷電機驅動，用高速旋轉來產生飛行所需的推力。每個電機都有相應的速度控制單元，可以對轉子速度進行微調。而通過改變螺旋槳之間的相對速度，可以實現無人機的俯仰、拐彎、滾轉和升降。

3.飛行控制器

飛行控制器讓用戶能夠直接對無人機下達命令，兩者之間通過無線電控制系統實現連接，通常為2.4GHz或5.8GHz。來自飛行控制器搖桿的信號被發送到無人機，通過調整每個馬達上的轉速控制單元來操縱無人機的動作。

同時無線電還能夠將視頻信號從無人機傳送到控制器的屏幕上，顯示無人機所搭載相機的實時圖像。很多時候監看屏幕只是一臺安卓或蘋果的移動設備，通過APP來配對。而一些更高級型號的控制器擁有內置的屏幕。

4. 穩定云臺

如果你想讓無人機在空中拍攝照片或視頻，請務必保持圖像的穩定。高空的環境并非如想象中那樣穩定，氣流的變化會不可避免地影響無人機的運動。而如果無人機搭載了一臺優秀的穩定云臺，就能夠補償晃動，同樣獲得流程穩定的圖像。大多數無人機采用了三軸穩定云臺，能夠在俯仰、平搖和橫滾三個軸向保持恒定。三軸云臺與業界常用的電子穩定器原理一致，在一些大型的電影級無人機上則可以直接安裝MoVi、Ronin等穩定器來承載電影攝影機。

5. 全球定位系統

當無人機起飛之后，你當然希望它保持在預定位置或航線之中不要偏離，雖然技術嫻熟的無人機飛手可以在沒有GPS輔助的情況下完成工作，但現今幾乎所有的無人機都依靠著GPS技術，實現高精度地自動執行任務。

GPS系統的優勢是能夠使用計算機做出調整以補償風向和氣流的影響，使無人機的飛行更容易掌握，甚至可以實現預設軌跡的自動飛行。然而，GPS也存在失效的可能，因此學習無人機操控，很重要的一部分內容是在沒有GPS的情況下飛行。

6. 防撞系統

幾年來，防撞系統稱得上是一大技術進步，該技術可以通過視覺、聲波和紅外線傳感器來識別和避開障礙物。視覺傳感器可以讓無人機“看”到物體，并在飛機撞上之前停下，但它的識別距離通常比較有限（大約15米左右）。

聲波系統則使用類似蝙蝠的超聲波來感測物體，通常用于自動著陸操作。而紅外線傳感器則是一種更新的選擇，它與視覺傳感器的工作方式類似，探測距離也不遠，并且也不適合于在低光條件下工作。

7. 電池

大多數無人機產品使用鋰電池供電，這些電池有著各式各樣的外形、尺寸以及額定功率。智能的電池內置了充電/放電調節器和傳感器，能夠通過應用程序或外部按鈕來報告電池電壓和溫度。無人機的單次飛行時間一般在15到30分鐘之間，具體取決于無人機的型號、飛行環境以及控制操作的強度。

鋰電池的能量密度很高，所以需要特別小心，處理不當可能會危及生命。如果不采取適當的預防措施，攜帶這些電池旅行可能是危險的。根據大多數國家的航空政策，攜帶電池乘坐商業航班有著特別的規定和限制。

三、常見無人機編程工具

即使是介于人類自然語言和計算機語言之間的程序設計語言。比如，Python，C++等，人類大腦記不住那么多只有1和0的數字串。對成人來說尚且困哪，如果直接把程序讓孩子們直接學習語言太難了。為了讓編程直觀易懂，更能讓孩子們接受，我們干脆把好玩的積木塊關聯上程序設計語言，讓編程更有趣一點，于是類似于Scratch這款圖形化編程語言就出來了。

1.SCARTCH編程

Scratch是一門程序設計語言也是一個在線社區。孩子們可以利用它學習編程，與他人一起分享自己創作的互動式媒體作品如故事，游戲和動畫.是一種圖形化的編程語言。

也就是說，它不要求使用者記住任何關鍵詞，不需要使用者學會復雜的程序結構，不需要使用者輸入復雜的文字;使用者只需要按照一定的邏輯順序，拖放Scratch里面的積木模塊，就可以搭建自己的程序了。這里說的程序，正如上面提及的，可以是故事、游戲、動畫等等。Scratch 適合沒有任何編程基礎，甚至還不會在電腦上打字的孩子。我個人認為5歲左右的孩子就可以開始學習Scratch。當然，對于6-13歲左右的孩子，甚至成人，以Scratch作為編程的入門都沒問題，圖形化的編程界面，大大降低孩子對編程這件事的恐懼心理。

2.Python

十歲以上的孩子，如果想學習“真正”的編程，Python是非常好的編程語言選擇。Python是當前計算機行業非常流行的一門通用型高級編程語言，它是很多行業進行數據處理、自然語言處理、機器學習方面的利器，它也可以用來搭建網站和各種應用。Python雖然很強大，但學習起來并不復雜，因為它的語法簡單、易讀性強、還擁有人數眾多的開發者社區，因此，Python也特別適合作為學習編程的第一語言選擇。

3. C++

而最后，比較高級的語言，則是C++語言，在C語言的基礎上開發的一種面向對象編程語言，應用非常廣泛。常用于系統開發，引擎開發等應用領域，適用于大學生。

四、結束語

沒有人會否認無人機正處于一個較好的發展環境中，無論是軍方或民間都很重視無人機的研發。然而每種無人機各自的命運，就像天氣一樣，處于不斷發展變化中，要做出預言實在很困難。或許我們可以引用馬克吐溫形容英國春天天氣的一句話，來形容無人機未來的發展：“春天比其他任何季節都活躍。在春天，一天24小時內就會遇上136種不同的天氣狀況。”無人機發發展不可限量，無人機編程更是前途無量。

參考文獻：

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