飛控的大腦：微控制器

　　在四軸飛行器的飛控主板上,，需要用到的芯片并不多。目前的玩具級(jí)飛行器還只是簡(jiǎn)單地在空中飛行或停留,，只要能夠接收到遙控器發(fā)送過來的指令,，控制四個(gè)馬達(dá)帶動(dòng)槳翼，基本上就可以實(shí)現(xiàn)飛行或懸停的功能,。意法半導(dǎo)體高級(jí)市場(chǎng)工程師介紹,，無人機(jī)/多軸飛行器主要部件包括飛行控制以及遙控器兩部分。其中飛行控制包括電調(diào)/馬達(dá)控制,、飛機(jī)姿態(tài)控制以及云臺(tái)控制等,。目前主流的電調(diào)控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。

　　高通和英特爾推的飛控主芯片

　　CES上我們看到了高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器,，他們采用了比微控制器（MCU）更為強(qiáng)大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片,。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器,，它有無線通信,、傳感器集成和空間定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī),。這款無人機(jī)采用了“RealSense”技術(shù),，能夠建起3D地圖和感知周圍環(huán)境，它可以像一只蝙蝠一樣飛行,，能主動(dòng)避免障礙物,。英特爾的無人機(jī)是與一家德國(guó)工業(yè)無人機(jī)廠商Ascending Technologies合作開發(fā)，內(nèi)置了高達(dá)6個(gè)英特的“RealSense”3D攝像頭,，以及采用了四核的英特爾凌動(dòng)（Atom）處理器的PCI-express定制卡,，來處理距離遠(yuǎn)近與傳感器的實(shí)時(shí)信息，以及如何避免近距離的障礙物。這兩家公司在CES展示如此強(qiáng)大功能的無人機(jī),，一是看好無人機(jī)的市場(chǎng)，二是美國(guó)即將推出相關(guān)法規(guī),，對(duì)無人機(jī)的飛行將有嚴(yán)格的管控,。

　　多軸無人機(jī)的EMS/傳感器

　　某無人機(jī)方案商總經(jīng)理認(rèn)為，目前業(yè)內(nèi)的玩具級(jí)飛行器,，雖然大部分從三軸升級(jí)到了六軸MEMS,，但通常采用的都是消費(fèi)類產(chǎn)品如平板或手機(jī)上較常用的價(jià)格敏感型型號(hào)。在專業(yè)航拍以及專為航模發(fā)燒友開發(fā)的中高端無人機(jī)上,，則會(huì)用到質(zhì)量更為價(jià)格更高的傳感器,，以保障無人機(jī)更為穩(wěn)定、安全的飛行,。這些MEMS傳感器主要用來實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航,。飛行器之所以能懸停，可以做航拍,，是因?yàn)镸EMS傳感器可以檢測(cè)飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化,，在檢測(cè)到角度變化后，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng),，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果,。這是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　至于用MEMS傳感器測(cè)量角度變化,，一般要選擇組合傳感器,，既不能單純依賴加速度計(jì)，也不能單純依賴陀螺儀,，這是因?yàn)槊糠N傳感器都有一定的局限性,。比如說陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度,，但是即使在零輸入狀態(tài)時(shí),，陀螺依然是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加,，受此影響,，在積分的過程中，必然會(huì)引進(jìn)累計(jì)誤差,，積分時(shí)間越長(zhǎng),，誤差就越大。這就需要加速度計(jì)來校正陀螺儀,，因?yàn)榧铀俣扔?jì)可以利用力的分解原理,，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。由于沒有積分誤差，所以加速度計(jì)在相對(duì)靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差,。但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,，加速度計(jì)輸出的可信度就要下降，因?yàn)樗鼫y(cè)量的是重力和外力的合力,。較常見的算法就是利用互補(bǔ)濾波,，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀的輸出來算出角度變化。