飛控硬件分析

濤叔叔 · 發(fā)表于 2016-11-22 12:01:23

目前做飛控的廠家越來(lái)越多，我們來(lái)看下飛控主要傳感器所起的作用。第一名陀螺儀加速度計(jì)，陀螺儀相信很多人小時(shí)候都玩過(guò)見(jiàn)過(guò)，一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺不會(huì)因?yàn)榈孛娴牟黄胶屯饬Ω蓴_而倒下，當(dāng)然前提只要是它在告訴旋轉(zhuǎn)，利用這一特點(diǎn)飛控來(lái)獲取飛機(jī)的各個(gè)方向基于水平的角度，但是陀螺儀會(huì)有零飄的存在，大家玩陀螺都知道陀螺位置很難保證在一個(gè)點(diǎn)他會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)不斷地到處亂跑，而加速度計(jì)可以理解為一個(gè)卡車集裝箱里面用彈簧拉著一個(gè)鐵塊，彈簧從各個(gè)方向拉著這個(gè)鐵塊，他不會(huì)產(chǎn)生位移但是在顛簸的路況下鐵塊會(huì)連續(xù)不斷的晃動(dòng)，對(duì)震動(dòng)非常敏感。一般多軸飛控多采用mpu6050，大疆外置IMU跟一般的飛控不同它采用了三個(gè)三軸陀螺儀以及更好的加速度計(jì)。保證了優(yōu)秀的飛行狀態(tài)當(dāng)然成本要高的多得多。為了彌補(bǔ)陀螺儀的零飄我們會(huì)讓陀螺儀在產(chǎn)生偏移時(shí)采集加速度計(jì)的數(shù)據(jù)，但是加速度計(jì)對(duì)震動(dòng)非常敏感而震動(dòng)時(shí)會(huì)采集陀螺儀的數(shù)據(jù)。一般以短時(shí)間信任加速度計(jì)長(zhǎng)時(shí)間信任加速度計(jì)為基準(zhǔn)。加速度計(jì)是時(shí)刻感知飛控的運(yùn)動(dòng)加速度以及運(yùn)動(dòng)方向。這樣我們飛無(wú)人機(jī)時(shí)飛控既能知道飛機(jī)的各個(gè)姿態(tài)的角度又能知道飛機(jī)的飛行加速度。我們?cè)偌尤胝J(rèn)為的角度限制，陀螺儀感知飛機(jī)姿態(tài)角度超過(guò)一定值時(shí)就會(huì)修正飛機(jī)姿態(tài)。大大降低了操作的難度。但是加速度計(jì)和陀螺儀為MEMS半導(dǎo)體材料對(duì)溫度很敏感，溫差大會(huì)造成加速度計(jì)溫飄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，我們飛飛機(jī)時(shí)一般會(huì)等待自檢以及加速度計(jì)和外界環(huán)境溫度適應(yīng)。飛控也會(huì)加入濾波來(lái)濾去一些錯(cuò)誤的數(shù)值。第二名氣壓溫度計(jì)。以wkm氣壓計(jì)為例，大疆采用的是MPXH6115。氣壓溫度計(jì)是根據(jù)氣壓以及溫度來(lái)判斷飛機(jī)高度，像一些成本較低的文具，例如大家在超市買(mǎi)的100RMB左右的小玩具沒(méi)有此元件，所以飛行時(shí)需要自己不斷的去調(diào)節(jié)油門(mén)來(lái)修正飛行高度。氣壓溫度計(jì)是一個(gè)壓敏以及光敏元件，一般我們都會(huì)對(duì)它做處理比如用海綿遮蓋。但是處理的原則是既要能監(jiān)測(cè)電壓又不能有其他氣流干擾到。氣壓計(jì)保證了我們?cè)诓僮黠w機(jī)時(shí)不用很頻繁的去修正油門(mén)來(lái)保持飛機(jī)高度。
第三名GPS磁羅盤(pán)
飛機(jī)在具備了增穩(wěn)以及定高的基礎(chǔ)上為了更智能加入了GPS定點(diǎn)功能，這樣可以定點(diǎn)以及航線的飛行，目前采用的GPS模塊一般都為雙模制式兼容GPS/GNSS。大家都知道兩點(diǎn)一線三個(gè)不在一線的點(diǎn)形成一個(gè)面，四顆則可以形成一個(gè)立體，衛(wèi)星一般4顆左右就可以定點(diǎn)，但是不排除衛(wèi)星位置在一條線上或者信號(hào)弱等問(wèn)題，一般在大于6顆左右就可以穩(wěn)定懸停并基于GPS三維定高。建筑物遮擋或者云層遮擋很容易造成GPS丟星，衛(wèi)星信號(hào)弱或者有錯(cuò)誤的定位信息。一般飛控都會(huì)在丟星時(shí)轉(zhuǎn)換為增溫模式防止飛機(jī)往錯(cuò)誤的位置偏移。GPS里面同時(shí)集成了磁羅盤(pán)，磁羅盤(pán)很容易受到外界磁場(chǎng)干擾，我們一般都會(huì)遠(yuǎn)離電子設(shè)備來(lái)安裝他，所以我們一般都會(huì)架高GPS一是為了搜星更好第二是為了防止機(jī)身的磁場(chǎng)干擾到磁羅盤(pán)。磁羅盤(pán)又稱電子指南針，是為飛機(jī)找到東南西北用的。一般磁羅盤(pán)干擾會(huì)造成飛機(jī)繞圈無(wú)法定點(diǎn)。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)由于機(jī)身小內(nèi)部空間有限磁場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，磁羅盤(pán)會(huì)選擇外置在腳架的位置。