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無人機(jī)的傳感器與連接功能介紹
專欄：技術(shù)支持
發(fā)布日期：2018-07-03
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無人機(jī)(drone)的正式名稱為無人飛行器(unmanned aerial vehicle)，它是一種不需要人駕駛的飛行器，主要通過遙控或內(nèi)設(shè)的智能控件進(jìn)行操控。該如何通過整合嵌入式系統(tǒng) ，提供器具導(dǎo)航、自我平衡等功能并飛行到特定高度，同時(shí)還能和位于遠(yuǎn)端的使用者或機(jī)器交換信息 ，無人機(jī)就是一個(gè)最好的實(shí)例 。傳統(tǒng)上來說 ，無人機(jī)常見于防御及科學(xué)方面的應(yīng)用 ，像是深入偏遠(yuǎn)地區(qū) 、監(jiān)控 、氣象偵測或送貨到條件惡劣的地...
無人機(jī)(drone)的正式名稱為無人飛行器(unmanned aerial vehicle)，它是一種不需要人駕駛的飛行器 傳統(tǒng)上來說 無人機(jī)吸引了各類人的濃厚興趣 感測器以低功耗網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)出現(xiàn)重大進(jìn)展 無人機(jī)的特性 無人機(jī)的動(dòng)作必須非常精確 a) 穩(wěn)定 無人機(jī)應(yīng)該要穩(wěn)定，不可無預(yù)警突然震動(dòng)、搖晃或傾斜，否則就會(huì)失去平衡并墜毀。 b) 精確 無人機(jī)的動(dòng)作要非常精確。至于動(dòng)作可能指距離、速度、加速、方向與高度。 c) 能抵抗各種環(huán)境條件 無人機(jī)要能抵抗下雨、灰塵、高溫等環(huán)境狀況 d) 低功耗 無人機(jī)將會(huì)變得越來越輕 e) 環(huán)境感知 環(huán)境傳感技術(shù)逐漸崛起，成為無人機(jī)最關(guān)鍵的發(fā)展領(lǐng)域之一?div id="d48novz" class="flower left"> f) 聯(lián)網(wǎng)功能 聯(lián)網(wǎng)功能是無人機(jī)崛起并廣為市場接受的重要因素。無人機(jī)可通過簡單的智能手機(jī)、遙控器或直接通過云端加以控制。應(yīng)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(jī)會(huì)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。 傳感器 在無人機(jī)里所扮演的角色 加速度計(jì) 加速度計(jì)是用來提供無人機(jī)在XYZ三軸方向所承受的加速力。它也能決定無人機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的傾斜角度。當(dāng)無人機(jī)呈現(xiàn)水平靜止?fàn)顟B(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(jī)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 加速度計(jì)同時(shí)也用來提供水平及垂直方向的線性加速。相關(guān)數(shù)據(jù)可做為計(jì)算速率 對于任何一款無人機(jī)來說，加速度計(jì)都是一個(gè)非常重要的傳感器 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) 磁羅盤 正如名稱所示 為了算出正確方向，磁性數(shù)據(jù)還需要加速度計(jì)提供傾斜角度數(shù)據(jù)以補(bǔ)強(qiáng)信息 磁羅盤對于硬鐵、軟鐵或運(yùn)轉(zhuǎn)角度都非常敏感。所謂硬鐵是指傳感器附近的堅(jiān)硬 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 氣壓計(jì) 氣壓計(jì)運(yùn)作的原理 無人機(jī)傳感器的重要特點(diǎn) 無人機(jī)很容易受到極端狀況的影響，包括震動(dòng)、噪音與環(huán)境。無人機(jī)里所使用的傳感器應(yīng)該具備高度防震功能，擷取的噪音越少越好，而且速度夠快能吸收所有震動(dòng)。不可以因?yàn)闇囟?div id="4qifd00" class="flower right"> 運(yùn)算法所扮演的角色 要將原始的傳感器件數(shù)據(jù)庫扮演了相當(dāng)重要的角色。算法可擴(kuò)大傳感器功能，使其超越原本已知范圍。運(yùn)算法還能結(jié)合來自不同傳感器的輸入 加速度計(jì)、陀螺儀與磁羅盤這三種動(dòng)作傳感器各有不同優(yōu)缺點(diǎn)。傳感器的限制包括校正不夠完美，也會(huì)因?yàn)闀r(shí)間、溫度與隨機(jī)噪音而產(chǎn)生漂移。磁力計(jì)與加速度計(jì)容易失真，陀螺儀則是原本就會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。我們可利用傳感器融合數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)角度。 特定應(yīng)用傳感器 這類傳感器并不影響無人機(jī)的核心功能運(yùn)作，但越來越常被用在無人機(jī)上，以提供各種不同應(yīng)用，例如氣候監(jiān)測、農(nóng)耕用途等。 濕度傳感器 濕度傳感器能監(jiān)測濕度參數(shù) MEMS麥克風(fēng) MEMS麥克風(fēng)是一種能將聲音頻號轉(zhuǎn)換為電子訊號的音頻傳感器 無人機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能 無人機(jī)有各種不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)選項(xiàng)可考慮。低功耗藍(lán)牙(BLE)與Wi-Fi多半用于智能手機(jī)聯(lián)網(wǎng)，Sub-1GHz則是用在遠(yuǎn)程控制器，能提供更遠(yuǎn)距離的聯(lián)網(wǎng)功能。 下圖列舉了不同種技術(shù)在有效距離與能耗方面的差異 Bluetooth Smart低功耗藍(lán)牙技術(shù)(BLE) Bluetooth Smart又稱為低功耗藍(lán)牙(Bluetooth Low Energy 低功耗藍(lán)牙使用的是2.4GHz免費(fèi)授權(quán)ISM頻段。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)負(fù)責(zé)管理 低功耗藍(lán)牙裝置有兩種主要做法： a.網(wǎng)絡(luò)處理器 網(wǎng)絡(luò)處理器是一種執(zhí)行低功耗藍(lán)牙通訊協(xié)議的低功耗藍(lán)牙裝置，其中包含控制器 b.系統(tǒng)芯片(SoC) 系統(tǒng)芯片是一種獨(dú)立的芯片組，包含控制器 RFsub-1GHz 正如名稱所顯示 以下為各國所提供的免費(fèi)頻段： NorthAmerica :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 Sigfox是采用sub-1GHz頻率的一種訂閱制低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)服務(wù)。Sigfox能直接鏈接電信基礎(chǔ)架構(gòu) 它的連網(wǎng)功能有效范圍可達(dá)數(shù)公里之遠(yuǎn) 用在無人機(jī)時(shí)，Sigfox可追蹤并將傳感器數(shù)據(jù)傳送到云端。它是一種直接鏈接電信基礎(chǔ)架構(gòu)的低數(shù)據(jù)率技術(shù)，因此一般預(yù)料將無法取代可以直接進(jìn)行控制的聯(lián)網(wǎng)選項(xiàng)，例如低功耗藍(lán)牙，還有RF sub-1GHz直接點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)機(jī)。 開發(fā)平臺 無人機(jī)等新興應(yīng)用程序的崛起，主要是由創(chuàng)新企業(yè)與年輕一代的工程師所帶動(dòng)。此外因?yàn)槭袌鲅莼俣燃涌欤晒Φ臋C(jī)率絕大部分取決于花費(fèi)的時(shí)間與成本 用戶也可以透過一份簡單的計(jì)算機(jī)授權(quán)協(xié)議 SensorTile SensorTile是一種方形的微型化設(shè)計(jì)平臺，其中包含遠(yuǎn)程感測及測量動(dòng)作、環(huán)境與聲學(xué)參數(shù)所需要的一切組件。開發(fā)人員能即刻專注于無人機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)、馬達(dá)控制與物理設(shè)計(jì)，而不必?fù)?dān)心聯(lián)網(wǎng)功能與傳感器整合。 結(jié)論 無人機(jī)是近年來最重要的創(chuàng)新技術(shù)之一。隨著低功耗傳感器與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問世，現(xiàn)在的無人機(jī)已可廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)性及工業(yè)應(yīng)用。無人機(jī)為開發(fā)人員及創(chuàng)新企業(yè)提供了新的商機(jī)，解決一些過去被認(rèn)為是不實(shí)際或過于昂貴的復(fù)雜問題。意法半導(dǎo)體深信無人機(jī)是一個(gè)值得關(guān)注的重要市場，將持續(xù)致力于相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的開發(fā)。 |
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