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如何使用SiP无人机控制器快速提高无人机性能并延长飞行时间

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2020-11-03 14:31:11

       随着越来越多的由电池供电的无人机飞向天空,无人机制造商面临竞争压力,要求他们扩展设计的功能和性能,同时将功耗降至最低,以延长飞行时间。为了满足市场需求,设计人员正在添加更精确,更精确的加速度计和陀螺仪,并升级相关固件以利用改进后的传感器。无人机的物理功能也在不断扩展,以包括携带包装和设备,这需要改进的稳定性和空气制动程序来应对增加的重量。

 
设计人员面临的问题是,无人机的重量增加以及计算需求的增加会增加功耗,进而减少给定电池尺寸下的飞行时间。其他功能,特性和相关的电子设备也增加了开发时间和测试成本。
 
该解决方案具有更高的集成度。本文将介绍Octavo Systems提供的系统级封装(SiP)解决方案,该解决方案基本上是一台小型无人机计算机。本文将展示如何使用这种独立解决方案的功能来节省大量空间并减轻重量,以延长飞行时间,同时还能降低物料清单(BOM),库存,开发时间和测试成本。
 
无人机技术
无人机的应用范围不断扩大,从面向消费者的小型无人机(带有用于家庭照片或友好比赛的照相机)一直到更具挑战性的角色,例如为快递员提供包裹,为牧场主跟踪牲畜,为农民监测农作物,监测变化环保主义者的海岸线,急救人员的搜索和救援行动。无论应用如何,电池寿命(与飞行时间有关)都是选择无人机的最关键因素之一。
 
电池续航时间显然与无人机的重量有关,因此,无人机使用最轻的材料,可以在动力飞行的压力和压力下维持飞机的框架。对轻量级的关注从结构完整性一直延伸到控制无人机的电子设备。
 
为了获得适当的飞行动力,必须通过平均分配框架和机载电子组件的重量来适当平衡无人机。电子设备越小,平衡无人机重量就越容易。理想情况下,重心位于飞机的物理中心。任何重量失衡,无论多么小,都必须通过调整螺旋桨速度来补偿,随着时间的推移,这些调整会消耗额外的动力,并浪费用户宝贵的飞行时间。
 
消费者和大多数商用无人机都使用Wi-Fi技术进行控制和数据传输。无人机可以飞得越远,Wi-Fi无线电必须输出的功率越多,以使其保持与控制器的接触,这就是电池的另一次耗电。
 
无人机传感器和处理
在无人机制造商寻求减轻系统重量和成本的同时,用户渴望获得更多功能和更高性能,从而使无人机及其固件更加复杂。这增加了车载电子设备的数量和重量,同时也影响了无人机的平衡。
 
例如,无人机通常使用各种微机电系统(MEMS)和其他传感器来维持稳定的飞行,同时监视航向和速度(图1)。全球定位系统(GPS)模块用于确定飞机的位置和方向;陀螺仪用于测量俯仰和偏航;加速度计可测量无人机的加速度和冲击力;气压计用于测量气压,以帮助确定当前大气条件下的最佳螺旋桨转速。较低的气压需要更快的转子转速,而较高的气压则需要更低的转速;摄像头和接近传感器可实现障碍物检测和躲避。同样,出于安全原因,可以使用多个冗余传感器。
现代的四螺旋桨无人机具有多种MEMS传感器
这些传感器中的每一个的输出都馈送到操作无人机的微控制器。微控制器必须处理所有这些传感器输入,并使用它们来确定为驱动螺旋桨的耗电的无刷直流(BLDC)电机供电的最有效方法。但是,随着传感器技术的逐年提高,无人机制造商正在将最新,最准确,最高精度的传感器安装在最新的无人机上。为了利用这些传感器的增强功能,这需要更复杂的固件。此外,飞行控制固件一直在改进,特别是对于自动驾驶无人机。所有这些改进不仅增加了固件的数量,而且还需要增强的处理能力和显着更多的内存才能准确地处理数据。
 
不断扩展的电子产品和功能性要求工程师提出一种低功耗,小尺寸的解决方案,该解决方案可以满足不断增长的需求,同时将开发和测试成本降至最低。
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