Embedded-разработка микроконтроллера STM32 на C/C++

Цель занятия: Познакомиться с целями, задачами и структурой курса.
Описание:
На первом занятии вы узнаете, чему будете учиться, какие навыки приобретете и как построен учебный процесс. Обсудим ожидания от курса и конечный результат — создание собственного квадрокоптера.

Цель занятия: Понять методологию проектирования сложных технических систем.
Описание:
Изучим основы мехатроники — междисциплинарной области, объединяющей механику, электронику и программирование. Рассмотрим методы проектирования сложных динамических систем, итеративный подход к разработке и ключевые инженерные компетенции: 3D-моделирование, электротехнику, программирование и динамическое моделирование. Обсудим профессиональные уровни развития инженера.

Цель занятия: Понять, из чего состоит квадрокоптер, как связаны его компоненты и как он управляется.
Описание:
Познакомимся с историей развития мультироторного типа. Изучим системы координат и углы ориентации, принципы управления и полета квадрокоптера. Разберем функциональную и структурную схемы, компонентную базу. Обсудим технику безопасности при работе с дронами.
Практика:
Соберем квадрокоптер в соответствии с функциональной схемой. Составим план-схему этапов разработки и отладки квадрокоптера.

Цель занятия: Установить и настроить IDE Visual Studio Code для работы с STM32, собрать раму квадрокоптера и соединить компоненты.
Описание:
Познакомимся с архитектурой микроконтроллера STM32 и назначением портов GPIO. Установим и настроим рабочую среду программирования Visual Studio Code. Научимся паять электропровода, устанавливать компоненты на раму и соединять их в единую систему.
Практика:
Подключим полетный контроллер к компьютеру для программирования. Напишем и загрузим первую программу для микроконтроллера.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32, кабель USB A - USB Type-C.

Цель занятия: Научиться писать программы для микроконтроллера на C++ и использовать инструменты отладки.
Описание:
Изучим методы программирования и отладки микроконтроллера STM32. Научимся переводить микроконтроллер в режим DFU для прошивки. Создадим интерфейс командной строки (CLI) для управления устройством. Освоим чтение и запись параметров в энергонезависимую память EEPROM.
Практика:
Разработаем программу для управления режимами микроконтроллера. Подключимся к микроконтроллеру через CLI и проверим работу команд.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32.

Цель занятия: Понять принцип работы гироскопа и акселерометра.
Описание:
Изучим инерциальный измерительный блок (IMU) — ключевой датчик для стабилизации устройства. Рассмотрим типы гироскопов, принципы работы гироскопа и акселерометра. Познакомимся с интерфейсами подключения к микроконтроллеру и научимся читать техническую документацию (DataSheet) датчиков.

Цель занятия: Получать значения с IMU и калибровать датчики.
Описание:
Научимся подключать IMU к микроконтроллеру STM32 и считывать данные с гироскопа и акселерометра. Освоим процесс настройки и калибровки датчиков для получения точных показаний.
Практика:
Напишем программу для чтения показаний IMU и отображения данных в реальном времени. Проведем калибровку гироскопа и акселерометра.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32 с встроенным IMU.

Цель занятия: Получать координаты от спутниковой навигации и измерять высоту с помощью барометра.
Описание:
Изучим принцип работы датчика глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) и датчика атмосферного давления (барометра). Научимся рассчитывать высоту над уровнем моря на основе показаний барометра.
Практика:
Подключим датчики ГНСС и барометр к STM32. Напишем программу для чтения координат и высоты, отображения данных.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32, датчик ГНСС, датчик атмосферного давления.

Цель занятия: Получать команды управления с радиопульта через радиоприемник.
Описание:
Познакомимся с радиосвязью ELRS (ExpressLRS) и протоколом CRSF. Изучим принципы работы радиопередатчика и радиоприемника, разберем каналы управления и режимы полета квадрокоптера.
Практика:
Подключим радиоприемник ELRS к STM32. Напишем программу для чтения сигналов с радиопульта и отображения значений каналов управления.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32, радиопульт, ВЧ модуль радиопередатчик, ВЧ модуль радиоприемник.

Цель занятия: Выдавать управляющие сигналы на регулятор оборотов и управлять вращением двигателей по командам с радиопульта.
Описание:
Изучим устройство винтомоторной группы и принцип работы регулятора оборотов двигателя (ESC). Рассмотрим протоколы PWM и DSHOT для управления моторами. Научимся распределять управляющие сигналы на каналы и отлаживать систему управления двигателями.
Практика:
Подключим регуляторы оборотов к STM32. Напишем программу для управления двигателями через радиопульт. Добьемся синхронного вращения моторов по командам оператора.
Оборудование:
Полетный контроллер на базе STM32, регуляторы оборотов (ESC), моторы, аккумулятор, радиопульт.

Цель занятия: Применять и настраивать различные фильтры к значениям датчиков.
Описание:
Изучим основные методы фильтрации сигналов датчиков для уменьшения шумов и повышения точности измерений. Рассмотрим дискретный фильтр низких частот, фильтр Баттерворта, комплементарный фильтр и фильтр Маджвика. Научимся выбирать подходящий фильтр для конкретной задачи.
Практика:
Реализуем различные фильтры в коде. Получим и обработаем отфильтрованные значения с датчиков, сравним результаты работы разных фильтров.

Цель занятия: Написать алгоритм дискретного ПИД-регулятора и настроить его коэффициенты.
Описание:
Познакомимся с теорией ПИД-регуляторов — основы систем автоматического управления. Изучим особенности реализации дискретного ПИД-регулятора на микроконтроллере и методы настройки коэффициентов (пропорционального, интегрального и дифференциального).
Практика:
Напишем программный код ПИД-регулятора. Встроим регулятор в систему управления устройством.

Цель занятия: Синтезировать комплексную систему автоматического управления устройством и осуществить первый полет.
Описание:
Изучим систему автоматической стабилизации вектора угловой скорости. Рассмотрим режимы полета GYRO (стабилизация угловой скорости) и ANGLE (стабилизация угла наклона). Объединим все компоненты — датчики, фильтры, регуляторы, двигатели — в единую целостную систему управления.
Практика:
Проведем комплексную отладку всех компонентов системы. Настроим алгоритмы управления.

Цель занятия: Создавать и моделировать системы и подсистемы, разработать динамическую модель квадрокоптера.
Описание:
Изучим основы теории управления. Повторим системы координат и углы ориентации. Рассмотрим динамические и кинематические уравнения движения . Научимся рассчитывать тензор инерции. Познакомимся с передаточными функциями, структурными схемами и методами соединения подсистем.
Практика:
Создадим математическую модель квадрокоптера и внешней среды для последующего моделирования.

Цель занятия: Создать динамическую модель винтомоторной группы.
Описание:
Разработаем математическую модель винтомоторной группы. Изучим динамические характеристики двигателя: зависимость тяги и крутящего момента от управляющего сигнала, инерционность, задержки.
Практика:
Построим динамическую модель винтомоторной группы для симуляции.

Цель занятия: Создать динамические модели датчиков и ПИД-регулятора.
Описание:
Разработаем математические модели гироскопа и акселерометра с учетом их шумов и погрешностей. Создадим модель ПИД-регулятора для симуляции системы управления.
Практика:
Построим динамические модели датчиков и регулятора, интегрируем их в общую систему.

Цель занятия: Создать динамическую модель входных сигналов управления.
Описание:
Разработаем модель входных сигналов от оператора (команды с радиопульта). Это позволит тестировать поведение квадрокоптера на различные управляющие воздействия.
Практика:
Создадим динамическую модель входных сигналов для тестирования системы управления.

Цель занятия: Собрать все компоненты в единую модель и провести симуляцию полета.
Описание:
Объединим все разработанные подсистемы — модели винтомоторной группы, датчиков, регуляторов, входных сигналов и динамики квадрокоптера — в комплексную модель. Научимся проводить симуляцию полета и анализировать поведение системы. Сможем тестировать различные алгоритмы управления без риска повреждения реального оборудования.
Практика:
Создадим полную динамическую модель устройства. Проведем виртуальные тестовые полеты и проанализируем результаты.

Занятия проходят раз в неделю.

Конечно. У нас предусмотрен чат, где преподаватель отвечает на вопросы учащихся. Там же студенты общаются между собой и помогают друг другу.

Мы принимаем платежи только через сервис ЮKassa. Это удобно и надежно. После оплаты вы получите письмо с подтверждением покупки и чек.

После покупки курса за день до старта вам на почту придет инструкция.

Бессрочно.

Желательно. Вы можете приобрести компоненты в соответствии со списком. Мы рекомендуем приобрести хотя бы часть, связанную с микроконтроллером. В крайнем случае вы всегда сможете учиться и писать код без устройств.

Да, у вас должен быть установлен Zoom.

Желательно знать:

• Основы языка программирования C/C++ (типы данных, переменные, массивы и структуры, циклы и операторы ветвления, функции и видимость переменных, ссылки и указатели, основы ООП, классы – в частности, инкапсуляция, жизненный цикл объекта).
• Основы электротехники (электрические цепи постоянного тока, подключение электронных компонентов).
• Основы пайки.
• Основы теории автоматического управления (принципы управления, типовые динамические звенья, структурные схемы, устойчивость и качество линейных систем, дискретные системы, z-преобразование).