不過由于衛星自己會經常移動,同時受建筑物與磁場的影響,也存在接收不到GPS信號的情況。這一點是值得注意的。
當然除了上述的幾種傳感器,無人機中還可能會用到檢測電壓電流狀態的傳感器、檢測障礙物的紅外線傳感器。正是由這些宛如人感官一般的傳感器在無人機中發揮作用,無人機才能夠在空中平穩飛行。
特定應用傳感器
這類傳感器并不影響無人機的核心功能運作,但越來越常被用在無人機上,以提供各種不同應用,例如氣候監測、農耕用途等。
濕度傳感器:濕度傳感器能監測濕度參數,相關數據則可應用在氣象站、凝結高度監測、空氣密度監測與氣體傳感器測量結果的修正。
MEMS麥克風:MEMS麥克風是一種能將聲音頻號轉換為電子訊號的音頻傳感器。 MEMS麥克風正逐漸取代傳統麥克風,因為它們能提供更高的訊噪比(SNR)、更小的外型尺寸、更好的射頻抗擾性,面對震動時也更加穩健。 這類傳感器可用在無人機的影片拍攝、監控、間諜行動等應用。
04
傳感器數據的運算和傳輸
要將原始的傳感器數據轉換成有意義的使用案例,軟件數據庫扮演了相當重要的角色。 算法可擴大傳感器功能,使其超越原本已知范圍。運算法還能結合來自不同傳感器的輸入,產生具備情境感知特色的輸出。
加速度計、陀螺儀與磁羅盤這三種動作傳感器各有不同優缺點。傳感器的限制包括校正不夠完美,也會因為時間、溫度與隨機噪音而產生漂移。 磁力計與加速度計容易失真,陀螺儀則是原本就會出現漂移現象。 我們可利用傳感器融合數據庫來相互校正這些傳感器,以打造在所有情境下都能得到正確結果的條件。 它不只能提供校正過的傳感器輸出,還有角度與航向角的信息,以及四元數角度。
用戶也可以透過一份簡單的計算機授權協議,存取各種先進數據庫。一旦經過平臺測試,設計人員就能開發自己專用的印刷電路板,并加載他們在平臺上開發的固件。用戶只有在想要測試專用電路板時,才必須簽署數據庫的生產授權。
SensorTile:SensorTile是一種方形的微型化設計平臺,其中包含遠程感測及測量動作、環境與聲學參數所需要的一切組件。開發人員能即刻專注于無人機的空氣動力學、馬達控制與物理設計,而不必擔心聯網功能與傳感器整合。
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無人機的聯網
無人機有各種不同的聯網技術選項可考慮。 低功耗藍牙(BLE)與Wi-Fi多半用于智能手機聯網,Sub-1GHz則是用在遠程控制器,能提供更遠距離的聯網功能。
下圖列舉了不同種技術在有效距離與能耗方面的差異。 接下來我們將進一步討論BLE、RF sub-1GHz 以及Sigfox等低功率技術。
Bluetooth Smart
低功耗藍牙技術(BLE)
Bluetooth Smart又稱為低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy,BLE),能提供無人機低功耗的聯網功能。 這種技術適合低階機種,特別是玩具無人機。 它能讓無人機和做為控制裝置的智能手機、平板、手提電腦或專用遠程控制器進行雙向通訊。低功耗藍牙能讓無人機具備絕佳的電池續航力,這是使用Wi-Fi、傳統藍牙(Classical Bluetooth)等傳統無線技術所不可能達到的。
低功耗藍牙使用的是2.4GHz免費授權ISM頻段。相關標準由藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)負責管理,并支持各大智能手機品牌。
低功耗藍牙裝置有兩種主要做法:
a. 網絡處理器
網絡處理器是一種執行低功耗藍牙通訊協議的低功耗藍牙裝置,其中包含控制器、主控組件與堆棧。但它需要一個獨立的微控制器,才能搭配執行低功耗藍牙配置文件和應用程序的主要微控制器并順利運作。它也是一套獨立的平臺,能提供更大的彈性空間,讓用戶選擇最適合的微控制器或操作系統。 BlueNRG-MS是意法半導體所推出的網絡處理器,可支持BLE 4.1規范。這款IC能同時擔任主控(master)與從屬(slave),如此一來遠程搖控器就能做為智能手機的從屬裝置,同時也是無人機的主控裝置。
b. 系統芯片(SoC)
系統芯片是一種獨立的芯片組,包含控制器、主控組件、堆棧配置文件和應用程序。 意法半導體的BlueNRG-1是一款通過BLE 4.2認證的系統單芯片,其中包含15個GPIO、I2C、SPI、UART、PWM、PDM以及160kb的RAM。因為支持BLE 4.2規范,這種IC還能提供先進的安全與隱私功能。
RF sub-1GHz
正如名稱所顯示,RF sub-1GHz是利用低于1GHz的頻率傳送訊號。 每個國家所定義的頻率不同,免費提供做為工業或科學研究用途。
以下為各國所提供的免費頻段:
? North America : 315, 433, 915Mhz
? Europe : 433, 868Mhz
? India : 433, 865-867Mhz
? 北美:315, 433, 915Mhz
? 歐洲:433, 868Mhz
? 印度:433, 865-867Mhz
sub-1GHz頻率的好處是這些頻段相對較為安靜、距離較長且電流消耗量極低。 缺點是無法直接提供智能手機聯機功能,而且并不是每個地方都能使用。
無人機是近年來最重要的創新技術之一。隨著低功耗傳感器與聯網技術的問世,現在的無人機已可廣泛應用于各種消費性及工業應用。無人機為開發人員及創新企業提供了新的商機,解決一些過去被認為是不實際或過于昂貴的復雜問題。