聯(lián)網(wǎng)功能:聯(lián)網(wǎng)功能是無人機崛起并廣為市場接受的重要因素。無人機可通過簡單的智能手機、遙控器或直接通過云端加以控制。應根據(jù)不同使用案例,提供適合的聯(lián)網(wǎng)功能解決方案。有的無人機會采用多種聯(lián)網(wǎng)功能解決方案,以滿足多用途使用案例的需求。
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飛行控制器
飛行控制器(FC)相當于無人機的大腦,如果放在電腦以及手機上來說就相當于操作系統(tǒng)。飛行控制器通過無人機上搭載的各類傳感器獲得數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進行演算處理從而控制機體的飛行。除此之外,飛行控制器也承擔信息傳遞的職責。
飛行控制器內(nèi)部主要由兩大部分構(gòu)成——IMU(慣性檢測裝置)和CPS模塊。可以說無人機的飛行性能的高與低,就取決于這個飛行控制器。無人機平穩(wěn)飛行不可缺少的飛行控制器中的內(nèi)部傳感器(IMU)。IMU指的是慣性測量單元,大多用在需要進行運動控制的設備,如汽車和機器人,也被用在需要用姿態(tài)進行精密位移推算的場合。一般來說IMU就包含了加速度傳感器和陀螺儀。
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無人機上的傳感器
IMU位于無人機的核心位置,可確保裝置功能與導航正常運作。 這些傳感器包括加速度計、陀螺儀、磁羅盤與氣壓傳感器。
加速度計
加速度計是用來提供無人機在XYZ三軸方向所承受的加速力。它也能決定無人機在靜止狀態(tài)時的傾斜角度。 當無人機呈現(xiàn)水平靜止狀態(tài),X軸與Y軸為0克輸出,而Z軸則為1克輸出。 地球上所有對象所承受的重力均為1克。若要無人機X軸旋轉(zhuǎn)90度,那么就在X軸與Z軸施以0克輸出,Y軸則施以1克輸出。傾斜時,XYZ軸均施以0到1克之間的輸出。相關數(shù)值便可應用于三角公式,讓無人機達到特定傾斜角度。
加速度計同時也用來提供水平及垂直方向的線性加速。相關數(shù)據(jù)可做為計算速率、方向,甚至是無人機高度的變化率。 加速度計還可以用來監(jiān)測無人機所承受的震動。
對于任何一款無人機來說,加速度計都是一個非常重要的傳感器,因為即使無人機處于靜止狀態(tài),都要靠它提供關鍵輸入。
陀螺儀
陀螺儀傳感器能監(jiān)測三軸的角速度,因此可監(jiān)測出俯仰(pitch)、翻滾(roll)和偏擺(yaw)時角度的變化率。即使是一般飛行器,陀螺儀都是相當重要的傳感器。角度信息的變化能用來維持無人機穩(wěn)定并防止晃動。由陀螺儀所提供的信息將匯入馬達控制驅(qū)動器,通過動態(tài)控制馬達速度,并提供馬達穩(wěn)定度。 陀螺儀還能確保無人機根據(jù)用戶控制裝置所設定的角度旋轉(zhuǎn)。
磁羅盤
正如名稱所示,磁羅盤能為無人機提供方向感。它能提供裝置在XYZ各軸向所承受磁場的數(shù)據(jù)。接著相關數(shù)據(jù)會匯入微控制器的運算法,以提供磁北極相關的航向角,然后就能用這些信息來偵測地理方位。
為了算出正確方向,磁性數(shù)據(jù)還需要加速度計提供傾斜角度數(shù)據(jù)以補強信息。有了傾斜數(shù)據(jù)加上磁性數(shù)據(jù),就能計算出正確方位。
磁羅盤對于硬鐵、軟鐵或運轉(zhuǎn)角度都非常敏感。所謂硬鐵是指傳感器附近的堅硬、永久性鐵磁性物質(zhì)。 它能使羅盤讀數(shù)產(chǎn)生永久性偏移。 軟鐵則是指附近有弱鐵磁性物質(zhì),電路走線等。 它能讓傳感器讀數(shù)產(chǎn)生可變動移位。因此它也需要磁性傳感器校正算法,以過濾掉這些異常狀況。 這時候最重要的是讓用戶不必費力,運算法就能快速進行校正。
除了方向的感測,磁性傳感器也可以用來偵測四周的磁性與含鐵金屬,例如電極、電線、車輛、其他無人機等等,以避免事故發(fā)生。
氣壓計
氣壓計運作的原理,就是利用大氣壓力換算出高度。 壓力傳感器能偵測地球的大氣壓力。 由氣壓計所提供的數(shù)據(jù)能協(xié)助無人機導航,上升到所需的高度。準確估計上升與下降速度,對無人機飛行控制來說相當重要。意法半導體已推出LPS22HD壓力傳感器,數(shù)據(jù)速率達200Hz可滿足預測高度時的需求。
超聲波傳感器
無人機采用超聲波傳感器就是利用超聲波碰到其他物質(zhì)會反彈這一特性,進行高度控制。前面就提到過近地面的時候,利用氣壓傳感器是無法應對的。但是利用超聲波傳感器在近地面就能夠?qū)崿F(xiàn)高度控制。這樣一來氣壓傳感器同超聲波傳感器一結(jié)合,就可以實現(xiàn)無人機無論是在高空還是低空都能夠平穩(wěn)飛行。
GPS
如同汽車有導航系統(tǒng)一般,無人機也有導航系統(tǒng)。通過GPS,才可能知道無人機機體的位置信息。GPS是全球?qū)Ш较到y(tǒng)之一,是美國的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。不過最近的無人機開始不單單采用GPS了,有些機型會同時利用GPS與其他的衛(wèi)星導航系統(tǒng)相結(jié)合,同時接收多種信號,檢測無人機位置。無論是設定經(jīng)度緯度進行自動飛行,還是保持定位進行懸停,GPS都是極其重要的一大功能。