وبلاگ شرکت در مورد ST LSM6DSL با دقت بالا iNEMO واحد اندازه گیری اینرسی 6DoF برای برنامه های پهپاد

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ST را تامین و بازیافت می کندLSM6DSLواحد اندازه گیری اینرسی iNEMO 6DoF با دقت بالا، مناسب برای کاربردهای پهپاد.

STLSM6DSLواحد اندازه گیری اینرسی iNEMO 6DoF با دقت بالا یک ماژول حسگر MEMS یکپارچه شش محوره است که یک شتاب سنج سه محوره و یک ژیروسکوپ سه محوره را ترکیب می کند. با سنجش دقت بالا، مصرف انرژی بسیار کم، ایمنی بالا در برابر تداخل و طراحی فشرده، به راه حل حسگر اینرسی ترجیحی برای پهپادهای کوچک و متوسط ​​درجه مصرف کننده و صنعتی تبدیل شده است و به طور گسترده ای برای انواع برنامه های پهپاد از جمله عکاسی هوایی، بازرسی، مسابقه و پرواز خودمختار مناسب است.

I. معماری اصلی و مشخصات پایهLSM6DSL

راLSM6DSLیک سنسور MEMS سیستم در بسته (SiP) با کارایی بالا از سری iNEMO ST است. این یک شتاب‌سنج دیجیتالی 3 محوره و یک ژیروسکوپ دیجیتالی 3 محوره را روی یک تراشه ادغام می‌کند و تشخیص حرکت و وضعیت 6 درجه آزادی (6DoF) را ارائه می‌دهد. این پهپاد می‌تواند به طور همزمان داده‌های مربوط به شتاب خطی و سرعت زاویه‌ای پهپاد را به دست آورد و داده‌های خام دقیقی را برای محاسبه نگرش، تصحیح سرفصل و جبران موقعیت فراهم کند. از آنجایی که نیازی به تراشه‌های حسگر کمکی اضافی نیست، طراحی معماری سخت‌افزار پهپاد را به طور قابل توجهی ساده می‌کند.

راLSM6DSLاز یک بسته LGA-14 جمع و جور استفاده می کند که اندازه کوچک و سبک وزن دارد و آن را کاملاً برای بار و محدودیت های فضایی پهپادها مناسب می کند و در عین حال پایداری الکتریکی و مکانیکی عالی را ارائه می دهد. مشخصات سخت افزاری اصلی با الزامات کلیدی کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین تنظیم شده است. پارامترهای کلیدی به شرح زیر است:

- محدوده اندازه گیری قابل تنظیم: شتاب سنج از سوئیچینگ چند برد بین ± 2 گرم، ± 4 گرم، 8 ± گرم و 16 ± گرم، سازگار با شرایط عملیاتی مختلف مانند کروز ثابت، مانورهای سریع، غواصی و صعود، و پرواز آشفته پشتیبانی می کند. ژیروسکوپ از تشخیص سرعت زاویه‌ای در ± 125 درجه بر ثانیه، ± 250 درجه بر ثانیه، ± 500 درجه در ثانیه و 1000 ± درجه بر ثانیه پشتیبانی می‌کند و تنظیم دقیق وضعیت در سرعت پایین را با ضبط مانور با سرعت بالا متعادل می‌کند.

- مصرف برق بسیار کم: کل مصرف برق در حالت عملکرد بالا فقط 0.65 میلی آمپر است. از حالت کار کم مصرف همیشه روشن پشتیبانی می کند. هنگامی که با یک سیستم مدیریت انرژی پهپاد جفت می شود، به طور موثری مصرف انرژی کلی را کاهش می دهد، استقامت پرواز را افزایش می دهد و برای پهپادهای کوچک و متوسط ​​با ظرفیت باتری محدود مناسب است.

- ظرفیت نمونه برداری و بافر بالا: دارای یک واحد بافر داده پویا 4 کیلوبایتی داخلی است که از ذخیره سازی دسته ای داده های حسگر پشتیبانی می کند. این به طور موثر بار خواندن داده ها را در MCU کنترل اصلی کاهش می دهد، از از دست رفتن داده ها و تأخیر در طول پرواز با سرعت بالا جلوگیری می کند و تداوم انتقال داده های وضعیت را تضمین می کند.

- رابط های ارتباطی جهانی: سازگار با هر دو رابط ارتباطی I²C و SPI، برای تراشه های کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین اصلی مانند STM32 مناسب است. با سازگاری قوی و دشواری انتقال کم، می‌توان آن را به سرعت با سیستم‌های کنترل پرواز تجاری و منبع باز مختلف سازگار کرد.

- محدوده ولتاژ عملیاتی گسترده: از محدوده ولتاژ تغذیه گسترده 1.71 ولت تا 3.6 ولت پشتیبانی می کند، که آن را برای خروجی تثبیت شده از منابع تغذیه پهپاد روی برد مناسب می کند. مقاومت بالایی در برابر نوسانات ولتاژ ارائه می دهد و از ناهنجاری داده های حسگر ناشی از تغییرات جزئی ولتاژ در طول پرواز جلوگیری می کند.

II. مزایای فنی اصلیLSM6DSL

1. دقت بالا و سر و صدای کم، اطمینان از نگرش پرواز پایدار

مسائلی مانند لرزش پرواز پهپاد، رانش و انحراف نگرش عمدتاً ناشی از نویز بیش از حد و دقت ناکافی در حسگرهای IMU است. راLSM6DSLاز فرآیند سنجش MEMS با دقت بالا اختصاصی ST استفاده می کند. هر دو ژیروسکوپ و شتاب سنج دارای ویژگی های نویز بسیار کم هستند. با فیلتر کردن سخت‌افزار داخلی و مکانیزم‌های کالیبراسیون داده‌ها، به طور موثر نویز تداخل ناشی از ارتعاشات موتور هواپیماهای بدون سرنشین، اختلالات جریان هوا و رزونانس بدنه هواپیما را فیلتر می‌کند. با ثبت دقیق داده‌های حرکت در زمان واقعی، داده‌های خام تمیزی را برای الگوریتم‌های کنترل پرواز فراهم می‌کند، به طور قابل‌توجهی دقت محاسبه نگرش را افزایش می‌دهد و به طور موثری رانش شناور پهپاد و انحراف پرواز را سرکوب می‌کند. این باعث می‌شود فیلم‌های با ثبات‌تری از پهپادهای عکاسی هوایی و مسیرهای پروازی دقیق‌تری برای هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه و بازرسی ایجاد شود.

2. معماری هوشمند کم مصرف، متناسب با نیازهای طولانی مدت

برخلاف سنسورهای شش محوره پرمصرف سنتی،LSM6DSLاز یک طراحی مدیریت توان تطبیقی ​​استفاده می کند که از نظارت مداوم و عملکردهای خواب/بیداری هوشمند پشتیبانی می کند. هنگامی که پهپاد به طور پیوسته در حال حرکت است، حسگر به طور خودکار به حالت نظارت کم مصرف تغییر می کند تا آگاهی اولیه از نگرش را حفظ کند. با تشخیص تغییرات در نگرش یا مانورهای بدنه هواپیما، به سرعت به حالت نمونه برداری با کارایی بالا تغییر می کند و عملکرد بسیار کم توان را با تشخیص زمان واقعی و با دقت بالا متعادل می کند. در مقایسه با محصولات رقیب با مشخصات مشابه، مزایای مصرف انرژی قابل توجهی را ارائه می دهد، به طور موثری مصرف انرژی غیر ضروری توسط پهپاد را کاهش می دهد و استقامت کلی پرواز را افزایش می دهد، و آن را برای بازرسی و بررسی پهپادها که در مدت زمان طولانی کار می کنند مناسب است.

3. قابلیت اطمینان بالا و مقاومت در برابر تداخل، مناسب برای محیط های عملیاتی پیچیده

پهپادها اغلب در محیط‌های پیچیده در فضای باز کار می‌کنند، جایی که جریان‌های هوا، نوسانات دما و ارتعاشات مکانیکی می‌توانند بر پایداری عملکرد حسگر تأثیر بگذارند. راLSM6DSLتحت بهینه‌سازی دقیق برای شرایط عملیاتی سخت قرار گرفته است و دارای مقاومت ضربه‌های مکانیکی عالی و پایداری دما است و دقت حسی را بدون رانش قابل‌توجه در محدوده دمایی وسیع حفظ می‌کند. همچنین دارای حفاظت داخلی از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) است که آن را قادر می‌سازد در برابر تداخل الکترومغناطیسی کنترل‌کننده‌های سرعت الکترونیکی و موتورهای هواپیمای بدون سرنشین مقاومت کند و در نتیجه از خطراتی مانند اعوجاج داده‌ها، ارزیابی نادرست نگرش و از دست دادن کنترل پرواز جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، سنسور دارای درجه بالایی از یکپارچگی بدون اجزای دقیق خارجی است که در نتیجه میزان خرابی پایینی دارد و آن را برای عملیات پهپاد که شامل برخاستن و فرود مکرر و همچنین مانورهای با سرعت بالا می‌شود، مناسب می‌کند.

4. ادغام آسان و قابل ارتقا، سازگار با چندین راه حل کنترل پرواز

راLSM6DSLاز خروجی داده‌های حسگر بی‌درنگ، شبیه‌سازی حسگر مجازی و انتقال داده‌های دسته‌ای پشتیبانی می‌کند و یکپارچگی یکپارچه با سیستم‌افزار کنترل پرواز منبع باز اصلی مانند ArduPilot و PX4 را امکان‌پذیر می‌کند، در حالی که با سیستم‌های کنترل پرواز حلقه بسته تجاری نیز سازگار است. قابلیت پردازش دسته ای داخلی آن برای داده های حسگر، بار محاسباتی روی MCU کنترلر پرواز را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و مصرف توان پردازشی کنترل کننده اصلی را کاهش می دهد و به سیستم کنترل پرواز اجازه می دهد تا منابع بیشتری را به عملکردهای گسترده ای مانند برنامه ریزی مسیر پرواز، الگوریتم های اجتناب از موانع و انتقال داده اختصاص دهد. در حال حاضر، چندین دستگاه کنترل پرواز اصلی آن را به عنوان واحد سنجش اینرسی اصلی خود پذیرفته‌اند، در حالی که برخی از کنترل‌کننده‌های پرواز سطح بالا حتی از طراحی اضافی LSM6DSL برای فعال کردن خطای خودکار حسگر استفاده می‌کنند که ایمنی پرواز هواپیماهای بدون سرنشین را بیشتر می‌کند.

III. کاربردهای عملیLSM6DSLدر سناریوهای خاص هواپیماهای بدون سرنشین

1. پهپادهای عکاسی هوایی درجه یک مصرف کننده

پهپادهای عکاسی هوایی نیازهای بسیار بالایی را برای پایداری پرواز و دقت تنظیم دقیق نگرش دارند. به لطف نویز کم و ویژگی های پاسخ دینامیکی بالا،LSM6DSLمی تواند دقیقاً تغییرات جزئی در نگرش بدنه هواپیما را تشخیص دهد. هنگامی که با الگوریتم‌های کنترل پرواز ترکیب می‌شود، به تثبیت دقیقی دست می‌یابد، به طور موثر ارتعاشات پرواز را از بین می‌برد و از فیلمبرداری پایدار و صاف از گیمبال اطمینان حاصل می‌کند. مصرف انرژی بسیار کم آن همچنین نیازهای اصلی پهپادهای درجه یک مصرف کننده را برای طراحی سبک وزن و استقامت پرواز طولانی برآورده می کند و آن را به حسگر انتخابی برای پهپادهای عکاسی هوایی سطح پایه و میان رده تبدیل می کند.

2. پهپادهای بازرسی و نقشه برداری صنعتی

پهپادهای صنعتی که برای بازرسی خطوط برق، بررسی رودخانه ها و حفاظت از محصولات کشاورزی در مزارع کشاورزی استفاده می شوند، نیاز به پرواز پایدار در دوره ها و فواصل طولانی دارند، در حالی که الزامات سختگیرانه ای را بر دقت مسیر پرواز و ثبات نگرش تحمیل می کنند. راLSM6DSLقابلیت اطمینان بالا و رانش کم این اطمینان را می دهد که هواپیمای بدون سرنشین دقیقاً مسیر پروازی از پیش تعیین شده خود را در طول ماموریت حفظ می کند و خطاهای عملیاتی ناشی از انحرافات نگرش را به حداقل می رساند. حالت کار بسیار کم مصرف آن به طور موثر مدت زمان عملیاتی را افزایش می دهد و آن را برای سناریوهای بازرسی در مسافت های طولانی مناسب می کند و در عین حال کارایی و پایداری عملیاتی پهپاد را افزایش می دهد.

3. هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه ای و ویژه

پهپادهای مسابقه‌ای و پهپادهای کوچک FPV با مانورهای با سرعت بالا، تغییر جهت مکرر، و شیرجه‌ها و صعودهای سریع مشخص می‌شوند، که تقاضاهای بسیار بالایی را برای سرعت پاسخ دینامیکی و سازگاری محدوده اندازه‌گیری حسگرهای IMU ایجاد می‌کنند. راLSM6DSLقابلیت‌های تشخیص سرعت زاویه‌ای و شتاب با برد وسیع، آن را قادر می‌سازد تا پارامترهای حرکتی را در طول مانورهای با سرعت بالا به دقت ثبت کند و به سرعت به دستورات کنترل پرواز پاسخ دهد. همراه با قابلیت خروجی داده با سرعت بالا، این امکان تصحیح نگرش در زمان واقعی را فراهم می‌کند و نیازهای کنترلی پرواز پویا بالا را برای پهپادهای تخصصی برآورده می‌کند.

4. پهپادهای کوچک مستقل

عملکردهای پرواز هوشمند مانند اجتناب از مانع مستقل، شناور شدن در نقطه ثابت و بازگشت خودکار به خانه برای دستیابی به کنترل حلقه بسته نگرش و موقعیت، به داده های IMU با دقت بالا متکی هستند. راLSM6DSLداده‌های حسگر شش محوره پیوسته و پایدار، ترکیب سنسور چند منبعی با GPS، داده‌های سنسور فشارسنج و بصری را امکان‌پذیر می‌کند و دقیقاً انحرافات موقعیتی را تصحیح می‌کند. این امر دقت موقعیت یابی و تحمل خطا در پرواز خودگردان پهپاد را افزایش می دهد و در عین حال خطر از دست دادن کنترل و انحراف مسیر در طول پرواز خودگردان را کاهش می دهد.

IV. خلاصه و ارزش کاربردی ازLSM6DSLراه حل

به عنوان یک واحد اندازه گیری اینرسی 6DoF با دقت بالا (IMU) در سری iNEMO، STLSM6DSLبه طور دقیق چالش های اصلی کنترل پرواز پهپاد را از طریق چهار مزیت کلیدی خود برطرف می کند: سنجش با دقت بالا، مصرف انرژی بسیار کم، مقاومت در برابر تداخل بالا، و طراحی فشرده و به راحتی قابل ادغام. در مقایسه با سنسورهای شش محوره سنتی، تعادلی بین دقت، مصرف انرژی و پایداری برقرار می‌کند، در حالی که سازگاری و مقیاس‌پذیری استثنایی را ارائه می‌دهد و برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در پهپادهای کوچک درجه مصرف‌کننده، درجه صنعتی و تخصصی مناسب است.

در طراحی سخت افزار پهپاد، شاملLSM6DSLبه طور موثر پیچیدگی توسعه کلی سیستم را کاهش می دهد، ثبات پرواز را افزایش می دهد، دقت مانور و استقامت پرواز را افزایش می دهد، در حالی که اطمینان پرواز را در محیط های پیچیده تضمین می کند. این پشتیبانی سخت افزاری اصلی را برای تثبیت وضعیت پهپاد، پرواز هوشمند و عملیات دقیق فراهم می کند، و در حال حاضر آن را به انتخاب مقرون به صرفه ترجیحی برای راه حل های حسگر IMU در پهپادهای کوچک و متوسط ​​تبدیل می کند.