وبلاگ شرکت در مورد مقياس التسارع الخطي ثلاثي المحاور ST LIS2DH12 MEMS رقمي المخرجات للطائرات بدون طيار

شرکت شنژن مینگجیادا الکترونیکس با مسئولیت محدود، شتاب‌سنج خطی سه محوره MEMS با خروجی دیجیتال ST LIS2DH12 را تامین و بازیافت می‌کند که برای کاربردهای پهپاد مناسب است.ST LIS2DH12 یک شتاب‌سنج خطی سه محوره MEMS با مصرف فوق‌العاده کم و عملکرد بالا با خروجی دیجیتال است که توسط STMicroelectronics عرضه شده است. این محصول بخشی از سری تراشه‌های میکرو سنسور 'فمتوثانیه/نانو' ST است و به طور خاص برای سناریوهای تشخیص حرکت که نیاز به مصرف کم انرژی، پاسخ دینامیکی بالا و پایداری بالا دارند، طراحی شده است. این تراشه واحدهای سنجش شتاب سه محوره با دقت بالا را با یک ماژول پردازش سیگنال دیجیتال ادغام می‌کند. این تراشه نیازی به مدارهای تبدیل آنالوگ به دیجیتال خارجی ندارد و می‌تواند مستقیماً سیگنال‌های دیجیتال استاندارد را خروجی دهد. این تراشه برای عملکردهای اصلی مانند سنجش وضعیت پرواز، نظارت بر حرکت و حفاظت ایمنی در پهپادهای کوچک درجه مصرف‌کننده و صنعتی کاملاً مناسب است و آن را به یکی از اجزای اصلی ترجیحی برای واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMU) پهپاد تبدیل می‌کند.

این تراشه تداخل سیگنال و افت دقت مرتبط با سنسورهای آنالوگ سنتی را حذف می‌کند، در حالی که مزایای دامنه اندازه‌گیری وسیع، نرخ تازه‌سازی بالا، مصرف فوق‌العاده کم انرژی و بسته‌بندی مینیاتوری را ارائه می‌دهد. این تراشه با مدل‌های مختلف پهپاد، از جمله پهپادهای چند روتوره، پهپادهای بال ثابت، پهپادهای عکاسی هوایی قابل حمل و پهپادهای بازرسی کوچک سازگار است و قادر به جمع‌آوری پایدار داده‌های حرکت پرواز در محیط‌های پیچیده بیرونی است و پشتیبانی داده دقیق را برای محاسبه وضعیت و کنترل پایداری در سیستم‌های کنترل پرواز فراهم می‌کند.1. پارامترهای عملکرد اصلی

LIS2DH12 دارای پیکربندی پارامترهای بهینه‌شده برای دینامیک پرواز پهپادها است که نیازهای تشخیص پرواز پایدار با سرعت پایین و پرواز مانورپذیر با سرعت بالا را برآورده می‌کند. پارامترهای اصلی به شرح زیر است:- نرخ تازه‌سازی داده فوق‌العاده بالا: نرخ داده خروجی (ODR) طیف وسیعی از 1 هرتز تا 5.3 کیلوهرتز را پوشش می‌دهد؛ حالت فرکانس بالا می‌تواند تغییرات لحظه‌ای وضعیت پهپاد را به دقت ثبت کند و به طور موثر مشکلات تاخیر داده را در طول پرواز و مانور با سرعت بالا حل کند و در نتیجه عملکرد بی‌درنگ سیستم کنترل پرواز را تضمین کند.

- خروجی سنسور با دقت بالا: حساسیت از 1 میلی‌گرم بر رقم تا 192 میلی‌گرم بر رقم متغیر است و وضوح عالی را ارائه می‌دهد که کج شدن‌های جزئی، لرزش‌ها و تغییرات جابجایی پهپاد را به دقت تشخیص می‌دهد و دقت محاسبه وضعیت را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

- دامنه ولتاژ عملیاتی گسترده: دامنه ولتاژ عملیاتی از 1.71 ولت تا 3.6 ولت است، با پشتیبانی از منبع تغذیه مستقل I/O 1.8 ولت. این تراشه با سیستم‌های منبع تغذیه کاهنده باتری لیتیوم یون پهپاد و مدارهای مختلف منبع تغذیه برد اصلی کنترل پرواز سازگار است و سازگاری سخت‌افزاری استثنایی را ارائه می‌دهد.2. رابط‌های سخت‌افزاری و ویژگی‌های عملکردی

این تراشه مجهز به رابط‌های دیجیتال صنعتی عمومی و ماژول‌های عملکردی قابل برنامه‌ریزی است که طراحی سخت‌افزاری سیستم‌های کنترل پرواز پهپاد را به طور قابل توجهی ساده کرده و پایداری سیستم را افزایش می‌دهد:

- رابط‌های ارتباطی دیجیتال دوگانه: به طور استاندارد با رابط‌های دیجیتال سریال دوگانه - I²C و SPI عرضه می‌شود. رابط SPI با سرعت بالا نیازهای انتقال داده با فرکانس بالا را برآورده می‌کند، در حالی که رابط I²C امکان شبکه‌سازی چند سنسوری را فراهم می‌کند و هماهنگی ماژول IMU پهپاد با ژیروسکوپ‌ها و مغناطیس‌سنج‌ها را تسهیل می‌کند.- الگوریتم هوشمند تشخیص وضعیت: پشتیبانی بومی از تشخیص وضعیت و جهت‌گیری 6D/4D، امکان شناسایی دقیق تغییرات در محورهای پیچ، غلتش و انحراف پهپاد را فراهم می‌کند و امکان تعیین وضعیت اولیه را بدون نیاز به پورت کردن الگوریتم‌های پیچیده فراهم می‌کند.

- بافر FIFO داخلی و عملکرد خودآزمایی: یک واحد بافر داده FIFO داخلی داده‌های حرکت پرواز را ذخیره می‌کند تا از از دست رفتن داده در طول نمونه‌برداری با سرعت بالا جلوگیری کند؛ یک ماژول خودآزمایی داخلی وضعیت عملیاتی سنسور را هنگام روشن شدن به طور خودکار تأیید می‌کند و قابلیت اطمینان پرواز پهپاد را تضمین می‌کند.

- بسته‌بندی فشرده و سبک: از بسته‌بندی فوق‌العاده فشرده LGA استفاده می‌کند که اندازه کوچک و وزن سبکی دارد و بار اضافی بر بدنه پهپاد وارد نمی‌کند و نیازهای طراحی پهپادهای سبک و کوچک و پهپادهای عکاسی هوایی میکرو را به طور کامل برآورده می‌کند.

III. مزایای کاربردی LIS2DH12

1. نیازهای اصلی کنترل پرواز پهپاد را برآورده می‌کند

هسته پرواز پهپاد در پایداری وضعیت و کنترل دقیق حرکت نهفته است. LIS2DH12 به لطف قابلیت سنجش شتاب سه محوره دقیق خود، می‌تواند شتاب خطی، لرزش و کج شدن پهپاد را در امتداد محورهای X، Y و Z به صورت بی‌درنگ نظارت کند. با ترکیب داده‌های ژیروسکوپ برای انجام ادغام داده‌های IMU، به تخمین وضعیت با دقت بالا دست می‌یابد و شناوری پایدار، ردیابی دقیق مسیر پرواز و مانور روان را تضمین می‌کند. این امر به طور موثر لرزش‌ها و انحراف پرواز را سرکوب می‌کند و پایداری عملیات عکاسی هوایی و بازرسی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

2. مصرف کم انرژی برای برآورده کردن نیازهای استقامت پهپاد

استقامت پرواز یک معیار عملکرد اصلی برای پهپادها است و مصرف فوق‌العاده کم انرژی LIS2DH12 مزیت قابل توجهی را ارائه می‌دهد. هنگامی که پهپاد در حالت آماده به کار است یا در یک نقطه ثابت شناور است، تراشه می‌تواند وارد حالت خواب با مصرف کم انرژی شود و مصرف کلی انرژی هواپیما را به طور قابل توجهی کاهش دهد؛ این تراشه تنها زمانی که حرکت بدنه یا تغییرات وضعیت را تشخیص دهد، به طور خودکار بیدار شده و عملیات را از سر می‌گیرد. این مکانیزم مدیریت انرژی پویا مصرف انرژی بیکار را به حداقل می‌رساند و در مقایسه با شتاب‌سنج‌های سنتی، مصرف کلی انرژی ماژول سنسور را به طور موثر کاهش می‌دهد و در نتیجه استقامت عملیاتی پهپاد را افزایش می‌دهد.

3. قابلیت اطمینان بالا مناسب برای محیط‌های عملیاتی پیچیده

پهپادها اغلب در فضای باز در ارتفاعات بالا در شرایط جریان هوای پیچیده فعالیت می‌کنند، جایی که مستعد تلاطم هوا، لرزش بدنه و نوسانات دما هستند. LIS2DH12 مقاومت عالی در برابر لرزش و تداخل دارد. مکانیزم فیلترینگ سیگنال داخلی آن نویز لرزش فرکانس بالا را در طول پرواز فیلتر می‌کند و داده‌های حرکت تمیز و قابل اعتماد را خروجی می‌دهد؛ همزمان، این تراشه پایداری عملیاتی بالایی با حداقل انحراف دما ارائه می‌دهد و دقت بالایی را در طیف وسیعی از دما حفظ می‌کند و آن را برای سناریوهای عملیاتی پیچیده مانند بازرسی‌های بیرونی، عکاسی هوایی و نقشه‌برداری مناسب می‌سازد.

4. حفاظت ایمنی هوشمند برای ایمنی پرواز پهپاد

LIS2DH12 با بهره‌گیری از توابع تشخیص سقوط آزاد داخلی و وقفه ناهنجاری حرکت، امکان ایجاد یک سیستم حفاظت ایمنی فعال برای پهپادها را فراهم می‌کند. در صورت سقوط کنترل نشده، ناهنجاری‌های شدید وضعیت یا برخورد غیرمنتظره، تراشه بلافاصله یک سیگنال وقفه را فعال می‌کند که به برد اصلی کنترل پرواز منتقل می‌شود تا اقدامات حفاظتی مانند قطع برق، استقرار چتر نجات و اصلاح وضعیت اضطراری را به سرعت اجرا کند. این امر خطر سقوط و آسیب پهپاد را کاهش می‌دهد و در نتیجه ایمنی پرواز را افزایش می‌دهد.

IV. سناریوهای کاربردی معمول LIS2DH12 در پهپادها

- پهپادهای عکاسی هوایی درجه مصرف‌کننده: تشخیص وضعیت با دقت بالا را برای اطمینان از شناوری پایدار و پرواز روان فراهم می‌کند و لرزش دوربین را در فیلم‌های هوایی از بین می‌برد. هنگام جفت شدن با گیمبال، فیلم‌برداری پایدار با کیفیت بالا را امکان‌پذیر می‌سازد، در حالی که تشخیص حرکت عملکردهای هوشمند مانند برخاستن دستی و قفل وضعیت را تسهیل می‌کند.

- پهپادهای مسابقه‌ای میکرو: با نرخ تازه‌سازی داده فوق‌العاده بالای 5.3 کیلوهرتز، تغییرات لحظه‌ای شتاب را در طول مانورهای با سرعت بالا، چرخش‌های سریع و شیرجه‌ها به دقت ثبت می‌کند و نیازهای کنترل بی‌درنگ پرواز با دینامیک بالا برای پهپادهای مسابقه‌ای را برآورده می‌کند. دامنه اندازه‌گیری وسیع ±16g آن برای شرایط مانور شدید مناسب است.

- پهپادهای آموزشی و تحقیقاتی: با رابط‌های جهانی، پیکربندی ساده و هزینه‌های قابل کنترل، برای آموزش پهپاد در دانشگاه‌ها، تحقیق و توسعه الگوریتم وضعیت و آزمایش‌های ناوبری اینرسی مناسب است. پارامترها را می‌توان به طور انعطاف‌پذیر پیکربندی کرد و توسعه ثانویه و اشکال‌زدایی عملکردی را تسهیل می‌کند.ST LIS2DH12 به عنوان یک شتاب‌سنج MEMS سه محوره با مصرف فوق‌العاده کم، دقت بالا و قابلیت اطمینان بالا، کاملاً با الزامات طراحی اصلی پهپادها مطابقت دارد: ساختار سبک، مصرف کم انرژی، پایداری بالا و پاسخ دینامیکی بالا. مزایای کلیدی آن - دامنه اندازه‌گیری قابل تنظیم، نرخ تازه‌سازی گسترده، تشخیص حرکت هوشمند و حداقل نیاز به تطبیق سخت‌افزار - به آن امکان می‌دهد تا سناریوهای سنجش وضعیت، نظارت بر حرکت و حفاظت ایمنی را در پهپادهای درجه مصرف‌کننده، صنعتی و میکرو به طور جامع پوشش دهد. این تراشه به عنوان یک جزء اصلی با کیفیت بالا برای سیستم‌های سنجش اینرسی IMU پهپاد، عملکرد عملی عالی را با ارزش استثنایی برای پول در توسعه ترکیب می‌کند و آن را برای تولید انبوه و تحقیق و توسعه تکراری محصولات مختلف پهپاد به طور گسترده‌ای قابل استفاده می‌سازد.