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多轴飞行器无人机硬件技术揭密
2022-05-07 00:40
本文摘要:无人机在2015年早已很快地沦为现象级的热门产品。为此,通过尤其专访业界多家公司,希望瞭解无人机的硬件结构以及它今后的技术发展趋势。相比于固定翼无人机,多轴飞行器/无人机(Drones)的飞行中更为平稳,能在空中滑翔。

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无人机在2015年早已很快地沦为现象级的热门产品。为此,通过尤其专访业界多家公司,希望瞭解无人机的硬件结构以及它今后的技术发展趋势。相比于固定翼无人机,多轴飞行器/无人机(Drones)的飞行中更为平稳,能在空中滑翔。  主机的硬件结构以及遥控器系统主要如图所示:    图1:四轴飞行器系统解析图  (来源:Holtek)    图2:标准的遥控器系统解析图  (来源:Holtek)  此外,有些更为先进设备的无人机系统,如针对模型飞机玩家和机拍电影摄影家打造出的装置还不会拒绝有云台、摄影机、视讯传输系统以及视讯接管等更加多模组。

  无人机的大脑:MCU  在四轴飞行器的飞控主机板上,必须中用的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是非常简单地在空中飞行中或逗留,只要需要接管到遥控器发送到过来的指令,掌控四个马达造就桨翼,基本上就可以构建飞行中或滑翔的功能。

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  意法半导体(ST)资深行销工程师任远讲解,无人机/多轴飞行器主要元件还包括飞行中掌控以及遥控器两部份。其中飞行中掌控还包括电子变速器(ESC)/马达掌控、飞机姿势掌控以及云台掌控等。目前主流的ESC掌控方式主要分为BLDC方波掌控以及FOC正弦波掌控,ST的STM32F051以及STM32F301系列因其低统合度、小PCB以及超值的性价比被普遍使用。

在飞机姿态控制方面,根据外部传感器的有所不同,可获取STM32F0/STM32F3/STM32F4有所不同的系列因应客户的市场需求。云台掌控方面,STM32F301/STM32F302/STM32F405等系列也早已普遍应用于机拍电影产品中。此外,在遥控器方面,除了STM32F0/STM32F1系列应用于传统的无显示器产品类型之外,STM32F429由于内建TFT彩色驱动器于是以渐渐用作带上彩色显示的遥控器当中。

  新唐的MCU负责人回应:多轴飞行器由遥控、飞行中掌控、动力系统、空拍等有所不同模组包含,根据有所不同等级产品的市场需求使用从8051、Cortex-M0、Cortex-M4到ARM9等有所不同CPU核心,新唐科技有数多款MCU被应用于在多轴飞行器中。例如小四轴的飞行中主控制器由于功能全然、体积小,必需同时统合遥控接管、飞行中掌控及动力驱动功能,使用QFN33或TSOP20PCB的Cortex-M0MINI54系列;中高阶多轴飞行器则使用内建DSP及浮点运算单元的Cortex-M4M451系列,负责管理飞行中主控功能,驱动无刷马达的ESC板则使用MINI5系列设计。

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低阶遥控器用于SOP20PCB的4T8051N79E814;中高阶遥控器则使用Cortex-M0M051系列。另外内建ARM9及H.264视讯编解码器的N329系列SoC则应用于2.4G及5.8G的空拍系统。

  在飞控主机板上,目前掌控和处置用的最少的还是MCU。由于对于飞行中掌控方面主要都是浮点运算,非常简单的ARMCortex-M4核心32位元MCU就能符合市场需求。有的传感器MEMS芯片中早已统合了DSP,更为非常简单的8位元MCU才可构建设计。  高通和英特尔在今年的CES上展出了功能更加非常丰富的多轴飞行器,使用了比MCU更加强劲的CPU或是ARMCortex-A系列处理器作为飞控主芯片。

  例如,高通展出的SnapdragonCargo无人机基于高通Snapdragon芯片研发的飞行中控制器,具备无线通讯、传感器统合和空间定位等功能。英特尔执行长BrianKrzanich特地在CES上展出使用其RealSense技术的无人机,需要创建3D地图和感官周围环境,并且可以像蝙蝠一样飞行中,能自动防止障碍物。

英特尔的无人机与德国工业无人机厂商AscendingTechnologies合作开发,内建高约6个英特尔的RealSense3D摄影机,以及使用基于四核心英特尔Atom处理器的PCIExpress客制卡,用作处置距离远近与传感器的即时资讯,以及防止近距离的障碍物。这两家公司在CES展出强劲功能的无人机,一是寄予厚望无人机的市场,二是美国将要发售涉及法规,对无人机的飞行中将有严苛的管控。  此外,活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也开始转入无人机领域。XMOS市场行销和业务扩展副总裁PaulNeil回应,XMOS的xCORE多核心MCU系列已被一些无人机/多轴飞行器的OEM客户使用。

在这些系统中,XMOS多核心MCU既可用作飞行中掌控也用作MCU内部通讯。


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