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无人机硬件技术详解及问题分析

发布日期:2015-03-13  来源:雷锋网我要投稿我要评论

在今年CES上无人机成为了展会最大的热点之一,大疆(DJI)、Parrot、3D Robotics、AirDog等知名无人机公司都有展示他们的最新产品。甚至是英特尔、高通的展位上展出了通信功能强大、能够自动避开障碍物的飞行器。无人机在2015年已经迅速地成为现象级的热门产品,甚至我们之前都没有来得及细细研究它。

与固定翼无人机相比,多轴飞行器的飞行更加稳定,能在空中悬停。主机的硬件结构及标准的遥控器的结构图如下图。

无人机硬件技术详解及问题分析

四轴飞行器系统解析图

无人机硬件技术详解及问题分析

遥控器系统解析图

以上只是标准产品的解剖图,有些更加高级的如针对航模发烧友和航拍用户们的无人机系统,还会要求有云台、摄像头、视频传输系统以及视频接收等更多模块。

飞控的大脑:微控制器

在四轴飞行器的飞控主板上,需要用到的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是简单地在空中飞行或停留,只要能够接收到遥控器发送过来的指令,控制四个马达带动桨翼,基本上就可以实现飞行或悬停的功能。

意法半导体高级市场工程师介绍,无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。

无人机硬件技术详解及问题分析

新 唐的MCU负责人表示: 多轴飞行器由遥控, 飞控,动力系统, 航拍等不同模块构成, 根据不同等级产品的需求,会采用到不同CPU内核。例如小四轴的飞行主控, 因功能单纯, 体积小, 必须同时整合遥控接收, 飞行控制及动力驱动功能;中高阶多轴飞行器则采用内建 DSP 及浮点运算单元的, 负责飞行主控功能,驱动无刷电机的电调(ESC)板则采用MINI5系列设计。低阶遥控器使用 SOP20 封装的4T 8051 N79E814;中高阶遥控器则采用Cortex-M0 M051系列。另外, 内建ARM9及H.264视频边译码器的N329系列SOC则应用于2.4G及5.8G的航拍系统。

在飞控主板上,目前控制和处理用得最多的还是MCU而不是CPU。由于对于飞行控制方面主要都是浮点运算,简单的ARM Cortex-M4内核32位MCU都可以很好的满足。有的传感器MEMS芯片中已经集成了DSP,与之搭配的话,更加简单的8位单片机也可以做到。

高通和英特尔推的飞控主芯片

CES上我们看到了高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器,他们采用了比微控制器(MCU)更为强大的CPU或是ARM Cortex-A系列处理器作为飞控主芯片。

例 如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器,它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机。这款无人机采用了“RealSense”技术,能够建起3D地图和感知周围环境,它可以像一只蝙蝠 一样飞行,能主动避免障碍物。英特尔的无人机是与一家德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发,内置了高达6个英特尔的“RealSense”3D摄像头,以及采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI- express定制卡,来处理距离远近与传感器的实时信息,以及如何避免近距离的障碍物。这两家公司在CES展示如此强大功能的无人机,一是看好无人机的 市场,二是美国即将推出相关法规,对无人机的飞行将有严格的管控。

无人机硬件技术详解及问题分析

此 外,活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。XMOS公司市场营销和业务拓展副总裁Paul Neil博士表示,XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些无人机/多轴飞行器的OEM客户采用。在这些系统中,XMOS多核微控制器既用于飞行控 制也用于MCU内部通信。

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201503/13/9710.html
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