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如何使用SiP無人機控制器快速提高無人機性能并延長飛行時間

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2020-11-03 14:31:11

       隨著越來越多的由電池供電的無人機飛向天空,無人機制造商面臨競爭壓力,要求他們擴展設計的功能和性能,同時將功耗降至最低,以延長飛行時間。為了滿足市場需求,設計人員正在添加更精確,更精確的加速度計和陀螺儀,并升級相關固件以利用改進后的傳感器。無人機的物理功能也在不斷擴展,以包括攜帶包裝和設備,這需要改進的穩定性和空氣制動程序來應對增加的重量。

 
設計人員面臨的問題是,無人機的重量增加以及計算需求的增加會增加功耗,進而減少給定電池尺寸下的飛行時間。其他功能,特性和相關的電子設備也增加了開發時間和測試成本。
 
該解決方案具有更高的集成度。本文將介紹Octavo Systems提供的系統級封裝(SiP)解決方案,該解決方案基本上是一臺小型無人機計算機。本文將展示如何使用這種獨立解決方案的功能來節省大量空間并減輕重量,以延長飛行時間,同時還能降低物料清單(BOM),庫存,開發時間和測試成本。
 
無人機技術
無人機的應用范圍不斷擴大,從面向消費者的小型無人機(帶有用于家庭照片或友好比賽的照相機)一直到更具挑戰性的角色,例如為快遞員提供包裹,為牧場主跟蹤牲畜,為農民監測農作物,監測變化環保主義者的海岸線,急救人員的搜索和救援行動。無論應用如何,電池壽命(與飛行時間有關)都是選擇無人機的最關鍵因素之一。
 
電池續航時間顯然與無人機的重量有關,因此,無人機使用最輕的材料,可以在動力飛行的壓力和壓力下維持飛機的框架。對輕量級的關注從結構完整性一直延伸到控制無人機的電子設備。
 
為了獲得適當的飛行動力,必須通過平均分配框架和機載電子組件的重量來適當平衡無人機。電子設備越小,平衡無人機重量就越容易。理想情況下,重心位于飛機的物理中心。任何重量失衡,無論多么小,都必須通過調整螺旋槳速度來補償,隨著時間的推移,這些調整會消耗額外的動力,并浪費用戶寶貴的飛行時間。
 
消費者和大多數商用無人機都使用Wi-Fi技術進行控制和數據傳輸。無人機可以飛得越遠,Wi-Fi無線電必須輸出的功率越多,以使其保持與控制器的接觸,這就是電池的另一次耗電。
 
無人機傳感器和處理
在無人機制造商尋求減輕系統重量和成本的同時,用戶渴望獲得更多功能和更高性能,從而使無人機及其固件更加復雜。這增加了車載電子設備的數量和重量,同時也影響了無人機的平衡。
 
例如,無人機通常使用各種微機電系統(MEMS)和其他傳感器來維持穩定的飛行,同時監視航向和速度(圖1)。全球定位系統(GPS)模塊用于確定飛機的位置和方向;陀螺儀用于測量俯仰和偏航;加速度計可測量無人機的加速度和沖擊力;氣壓計用于測量氣壓,以幫助確定當前大氣條件下的最佳螺旋槳轉速。較低的氣壓需要更快的轉子轉速,而較高的氣壓則需要更低的轉速;攝像頭和接近傳感器可實現障礙物檢測和躲避。同樣,出于安全原因,可以使用多個冗余傳感器。
現代的四螺旋槳無人機具有多種MEMS傳感器
這些傳感器中的每一個的輸出都饋送到操作無人機的微控制器。微控制器必須處理所有這些傳感器輸入,并使用它們來確定為驅動螺旋槳的耗電的無刷直流(BLDC)電機供電的最有效方法。但是,隨著傳感器技術的逐年提高,無人機制造商正在將最新,最準確,最高精度的傳感器安裝在最新的無人機上。為了利用這些傳感器的增強功能,這需要更復雜的固件。此外,飛行控制固件一直在改進,特別是對于自動駕駛無人機。所有這些改進不僅增加了固件的數量,而且還需要增強的處理能力和顯著更多的內存才能準確地處理數據。
 
不斷擴展的電子產品和功能性要求工程師提出一種低功耗,小尺寸的解決方案,該解決方案可以滿足不斷增長的需求,同時將開發和測試成本降至最低。
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