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传感器在无人机里所扮演的角色


智远传感仪器电子http://www.zysensors.com | 2017.06.08

    无人机市场能够有这么好的发展主要是不需要人驾驶,通过摇控或者内设的智能控件进行操控。从传统上来说无人机常见于防御及科学方面的应用,像深入偏远地区,监控、气象侦测或送货到条件恶劣的地区。近来由于低成本的微型低功耗嵌入式技术问世,无人机逐渐被运用在消费性应用。现在无人机已成为玩具、摄影辅助器材、送货载农药喷洒的工具等。但是这些都离不开传感器这个角色。

    这些传感器位于无人机的核心位置,可确保装置功能与导航正常运作。这些传感器包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘与气压传感器。

  陀螺仪传感器能监测三轴的角速度,因此可监测出俯仰(pitch)、翻滚(roll)和偏摆(yaw)时角度的变化率。即使是一般飞行器,陀螺仪都是相当重要的传感器。角度信息的变化能用来维持无人机稳定并防止晃动。由陀螺仪所提供的信息将汇入马达控制驱动器,通过动态控制马达速度,并提供马达稳定度。陀螺仪还能确保无人机根据用户控制装置所设定的角度旋转。

  意法半导体新推出的创新技术LSM6DSM,是一款结合加速度计与陀螺仪的惯性测量装置(IMU)。它还能提供两项独立的陀螺仪输出——这种特色能用于飞行控制,同时当无人机配备摄影机的时候,也可用来稳定摄影机(OIS光学影像稳定/EIS电子影像稳定功能)。

    加速度计是用来提供无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力。它也能决定无人机在静止状态时的倾斜角度。当无人机呈现水平静止状态,X轴与Y轴为0g输出,而Z轴则为1g输出。地球上所有对象所承受的重力均为1g。若要无人机X轴旋转90度,那么就在X轴与Z轴施以0g输出,Y轴则施以1g输出。倾斜时,XYZ轴均施以0到1g之间的输出。相关数值便可应用于三角公式,让无人机达到特定倾斜角度。

  加速度计同时也用来提供水平及垂直方向的线性加速。相关数据可做为计算速率、方向,甚至是无人机高度的变化率。加速度计还可以用来监测无人机所承受的震动。

  对于任何一款无人机来说,加速度计都是一个非常重要的传感器,因为即使无人机处于静止状态,都要靠它提供关键输入。

      正如名称所示,磁罗盘能为无人机提供方向感。它能提供装置在XYZ各轴向所承受磁场的数据。接着相关数据会汇入微控制器的运算法,以提供磁北极相关的航向角,然后就能用这些信息来侦测地理方位。

  为了算出正确方向,磁性数据还需要加速度计提供倾斜角度数据以补强信息。有了倾斜数据加上磁性数据,就能计算出正确方位。

  磁罗盘对于硬铁、软铁或运转角度都非常敏感。所谓硬铁是指传感器附近的坚硬、永久性铁磁性物质。它能使罗盘读数产生永久性偏移。软铁则是指附近有弱铁磁性物质,电路走线等。它能让传感器读数产生可变动移位。因此它也需要磁性传感器校正算法,以过滤掉这些异常状况。这时候最重要的是让用户不必费力,运算法就能快速进行校正。

  除了方向的感测,磁性传感器也可以用来侦测四周的磁性与含铁金属,例如电极、电线、车辆、其他无人机等等,以避免事故发生。

  气压传感器运作的原理,就是利用大气压力换算出高度。压力传感器能侦测地球的大气压力。由气压传感器所提供的数据能协助无人机导航,上升到所需的高度。准确估计上升与下降速度,对无人机飞行控制来说相当重要。意法半导体已推出LPS22HB压力传感器,数据速率达200Hz可满足预测度时的需求。

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