وبلاگ شرکت در مورد ST LSM6DSO IMU 6 محور با عملکرد بالا برای برنامه های کاربردی بدون سرنشین

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ST را تامین و بازیافت می کندLSM6DSOواحد اندازه گیری اینرسی 6 محوره (IMU) با کارایی بالا، که به طور خاص برای کاربردهای پهپاد طراحی شده است.

در سیستم‌های کنترل پرواز پهپاد، واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) حسگر اصلی است که مسئول تخمین وضعیت، شناور پایدار و پرواز مسیر است. دقت، پایداری، مصرف انرژی و سرعت پاسخ آن مستقیماً ایمنی پرواز و مانورپذیری پهپاد را تعیین می کند. STLSM6DSOیک IMU 6 محوره از سری iNEMO است که برای سناریوهای حرکتی با دقت بالا بهینه شده است. این دستگاه یک شتاب سنج دیجیتال با دقت بالا 3 محوره و یک ژیروسکوپ دیجیتالی با سرعت بالا 3 محوره را ادغام می کند. با نویز بسیار کم، مصرف انرژی فوق العاده کم، عملکرد پایدار در محدوده دمایی گسترده و یکپارچگی بالا، کاملاً با نیازهای سیستم کنترل پرواز پهپادهای عکاسی هوایی درجه یک مصرف کننده، درجه صنعتی و کوچک مناسب است و آن را به جزء اصلی ترجیحی برای سنجش وضعیت پهپاد تبدیل می کند.

منLSM6DSOمعماری اصلی و مشخصات سخت افزاری اصلی

LSM6DSO از طراحی سیستم در بسته تک تراشه (SiP) استفاده می کند که شتاب سنج سه محوره و ژیروسکوپ سه محوره را به شدت ادغام می کند. با حذف ساختار اضافی پیکربندی های چند تراشه ای، فضای اشغال شده روی برد را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و با گرایش به سمت طراحی سخت افزاری سبک وزن و فشرده در پهپادها همسو می شود. این دستگاه از یک بسته فوق فشرده 14-VFLGA با ابعاد 2.5 میلی متر × 2.5 میلی متر × 0.76 میلی متر استفاده می کند که اندازه جمع و جور با پایداری ساختاری را متعادل می کند و برای الزامات چیدمان سخت افزاری مدل های مختلف پهپاد، از جمله پهپادهای میکرو FPV، پهپادهای عکاسی هوایی قابل حمل و پهپادهای صنعتی قابل حمل مناسب است.

از نظر محدوده اندازه گیری هسته و پارامترهای الکتریکی،LSM6DSOبه خوبی تنظیم شده است تا شرایط پیچیده پرواز هواپیماهای بدون سرنشین را تطبیق دهد و سازگاری پارامترهای استثنایی را ارائه می دهد:

- محدوده تشخیص را می توان به طور انعطاف پذیر از طریق نرم افزار پیکربندی کرد: شتاب سنج سه محوره از سوئیچینگ چند سطحی بین ± 2 گرم، ± 4 گرم، 8 ± گرم و 16 ± گرم پشتیبانی می کند و الزامات تشخیص شتاب را برای شرایط عملیاتی مختلف مانند شناور شدن پایدار، صعود سریع، شیرجه، پرواز و چرخش مانورپذیر پوشش می دهد. ژیروسکوپ سه محوره از پنج محدوده سرعت زاویه ای از 125 ± dps تا 2000 ± dps پشتیبانی می کند، که می تواند الزامات تنظیم دقیق وضعیت با سرعت پایین را در طول پرواز معمولی، و همچنین سناریوهای تشخیص سرعت زاویه ای بالا مانند چرخش با سرعت بالا و مانورهای مسابقه ای افراطی F را برآورده کند.

- عملکرد پایدار در محدوده وسیع ولتاژ و دما: ولتاژ منبع تغذیه اصلی آنالوگ از 1.71 ولت تا 3.6 ولت است، در حالی که پورت های I/O به طور مستقل در 1.62 ولت تغذیه می شوند و نوسانات ولتاژ معمولی منبع تغذیه باتری لیتیوم-یون پهپاد را تطبیق می دهند. محدوده دمای عملیاتی از -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد است، ماژول را قادر می سازد تا در برابر دماهای پایین در ارتفاعات بالا، دماهای بالا ناشی از نور مستقیم خورشید در خارج از منزل، و نوسانات دما در محیط های میدان پیچیده مقاومت کند، در نتیجه عملکرد سنسور پایدار را در تمام سناریوهای پرواز تضمین می کند.

- سازگاری با چندین رابط ارتباطی پرسرعت: پشتیبانی بومی از رابط‌های پرسرعت I²C، SPI و MIPI I³C 1.1، در حالی که دارای کانال SPI کمکی اختصاصی است که قادر به خروجی مستقل داده‌های حسگر ضد لرزش است. این مورد نیازهای ارتباطی برای انتقال داده با سرعت بالا و جبران لرزش در زمان واقعی در سیستم های کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین را برآورده می کند و با پروتکل های ارتباطی تراشه های کنترل پرواز اصلی سازگار است.

II. مزایای عملکرد اصلی ازLSM6DSOمناسب برای برنامه های پهپاد

1. سر و صدای بسیار کم و دقت بالا، اطمینان از محاسبه نگرش دقیق

مسائلی مانند رانش پرواز، انحراف نگرش و لرزش شناور در هواپیماهای بدون سرنشین عمدتاً ناشی از نویز بیش از حد و اعوجاج داده ها در حسگرهای IMU است. راLSM6DSOاز فناوری پیشرفته MEMS (سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی) ST و الگوریتم‌های پردازش سیگنال اختصاصی استفاده می‌کند، که هم ژیروسکوپ‌ها و هم شتاب‌سنج‌ها را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های نویز بسیار کم را به دست آورند، در نتیجه به طور موثر تداخل لرزش در داده‌های خام را کاهش می‌دهند. این دستگاه داده های اینرسی را با خطی بودن بالا و دریفت صفر کم خروجی می دهد. هنگامی که با الگوریتم‌های کنترل پرواز ترکیب می‌شود، محاسبه نگرش با دقت بالا را امکان‌پذیر می‌کند و به طور قابل‌توجهی رانش تجمعی را در طول پروازهای طولانی پهپاد کاهش می‌دهد. این به طور موثر ثبات شناور و دقت مسیر پرواز را افزایش می‌دهد و در عین حال مسائلی مانند لرزش دوربین و انحرافات کنترل نشده پرواز را حذف می‌کند.

2. مصرف انرژی بسیار کم، افزایش استقامت پرواز هواپیماهای بدون سرنشین

استقامت پرواز یک معیار اصلی عملکرد برای هواپیماهای بدون سرنشین است و مصرف انرژی توسط حسگرها به طور مستقیم بر استقامت کلی هواپیما تأثیر می گذارد. در حالت همکاری با کارایی بالا - جایی که شتاب سنج و ژیروسکوپ به طور همزمان فعال هستند - LSM6DSO جریانی معادل 0.55 میلی آمپر می کشد. همچنین از حالت کم مصرف «همیشه روشن» پشتیبانی می کند و امکان نظارت بر حرکت شبانه روزی با حداقل مصرف انرژی را فراهم می کند. در مقایسه با IMUهای 6 محوره سنتی، مصرف برق آن به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. بدون به خطر انداختن عملکرد سنسور، به طور موثری اتلاف نیرو را در سیستم کنترل پرواز به حداقل می رساند، به طور قابل توجهی طول مدت پرواز پهپادهای کوچک با باتری لیتیومی را با یک بار شارژ افزایش می دهد و نیازهای بهینه سازی مدت پرواز پهپادهای قابل حمل درجه مصرف کننده را برآورده می کند.

3. سنجش هوشمند بسیار یکپارچه، توسعه و طراحی کنترل پرواز را ساده می کند

راLSM6DSOدارای یک بافر داده پویا FIFO داخلی 9 کیلوبایتی، یک ماشین حالت محدود (FSM) و یک هسته یادگیری ماشین (MLC) است که از پردازش سنجش هوشمند در لبه پشتیبانی می کند. این می‌تواند پیش‌پردازش داده‌های حرکتی اولیه، ذخیره‌سازی داده‌ها و تشخیص ناهنجاری‌ها را روی تراشه انجام دهد، و نیازی به درگیر شدن مکرر تراشه کنترل اصلی در محاسبات داده‌ها را از بین ببرد و در نتیجه بار محاسباتی روی MCU کنترل پرواز را کاهش دهد. علاوه بر این، دستگاه به طور بومی از عملکردهایی مانند تشخیص نگرش 6 بعدی، تشخیص سقوط، بیدار شدن از حرکت و وقفه های تک/دو کلیک پشتیبانی می کند. می‌توان آن را مستقیماً برای توسعه ویژگی‌های پهپاد از جمله قفل کردن وضعیت، محافظت از سقوط، بیدار شدن از حالت پرواز و هشدارهای وضعیت غیرعادی تطبیق داد، در نتیجه فرآیند توسعه برنامه کنترل پرواز را ساده‌تر می‌کند و چرخه‌های تکرار محصول را کوتاه می‌کند.

4. مقاومت در برابر تداخل قوی، مناسب برای شرایط پیچیده پرواز

پرواز هواپیمای بدون سرنشین در فضای باز مستعد تأثیرات اغتشاش هوا، تداخل الکترومغناطیسی و ارتعاشات بدنه هواپیما است، که نیازهای بسیار بالایی را برای پایداری سنسور ایجاد می کند. راLSM6DSOبرای مقاومت در برابر لرزش و تداخل الکترومغناطیسی کالیبراسیون دقیقی را انجام داده است و دارای مکانیزم فیلتر سخت افزاری داخلی است. این به طور موثر تداخل نویز ناشی از ارتعاشات موتور و تلاطم هوا را فیلتر می‌کند و از دقت داده‌های حسگر در شرایط پیچیده مانند مانورهای با سرعت بالا، تلاطم در ارتفاع پایین و بادهای شدید در ارتفاعات بالا اطمینان می‌دهد و در نتیجه از مسائل ایمنی مانند از دست دادن کنترل پرواز و بی‌ثباتی وضعیت ناشی از تحریف داده‌ها جلوگیری می‌کند.

III. سناریوهای کاربردی اصلی برایLSM6DSOدر هواپیماهای بدون سرنشین

به لطف مزایای ترکیبی آن از دقت بالا، مصرف انرژی کم و پایداری بالا،LSM6DSOبا طیف گسترده ای از سناریوهای کاربردی اصلی، به طور جامع نیازهای سنسور کنترل پرواز همه انواع پهپادها را برآورده می کند:

- پهپادهای عکاسی هوایی درجه مصرف کننده: سنجش دقیق نگرش، شناور پایدار و ردیابی دقیق مسیر پرواز را تضمین می کند. همراه با خروجی داده ضد لرزش مستقل SPI، تثبیت کننده الکترونیکی تصویر را برای عکاسی هوایی فعال می کند و کیفیت تصویر را افزایش می دهد. مصرف کم مصرف آن به طور موثر استقامت پرواز را برای عکاسی هوایی افزایش می دهد.

- پهپادهای کوچک مسابقه ای: محدوده سرعت زاویه ای فوق عریض ژیروسکوپ، چرخش های پرسرعت، پیچ های شدید و سایر مانورها را در خود جای می دهد، در حالی که رابط ارتباطی با سرعت بالا، پاسخ داده نگرش در سطح میلی ثانیه را قادر می سازد و نیازهای پرواز پویا بالا پهپادهای مسابقه را برآورده می کند.

- پهپادهای بازرسی صنعتی: محدوده دمای عملیاتی گسترده با دماهای بالا و پایین در خارج از منزل و محیط های میدانی پیچیده سازگار است. خروجی داده بسیار پایدار، گشت‌زنی‌های دقیق پرواز و مسیر در نقطه ثابت را در سناریوهایی مانند بازرسی خطوط برق، گشت‌های امنیتی و نظارت بر کشاورزی و جنگلداری تضمین می‌کند.

- میکرو پهپادهای آموزشی و آموزشی: یکپارچگی بالا و سهولت توسعه هزینه های سخت افزاری و پیچیدگی توسعه تجهیزات آموزشی را کاهش می دهد، در حالی که عملکرد سنسور پایدار الزامات نمایش نگرش آموزشی و آموزش پرواز را برآورده می کند.

IV. خلاصه ای ازLSM6DSOمقدار کاربرد

به عنوان یک IMU 6 محوره که به طور خاص برای برنامه های ورزشی با عملکرد بالا بهینه شده است، STLSM6DSOدقیقاً نیازهای اصلی هواپیماهای بدون سرنشین را برآورده می کند: "دقت بالا، مصرف انرژی کم، اندازه جمع و جور و پایداری بالا". معماری حسگر 6 محوره یکپارچه، قابلیت تشخیص صدای بسیار کم، کنترل مصرف انرژی شدید و ویژگی‌های پردازش هوشمند لبه نه تنها مشکلات صنعت مرتبط با IMUهای پهپاد سنتی - مانند رانش قابل توجه، مصرف انرژی بالا و مقاومت ضعیف در تداخل - را برطرف می‌کند، بلکه هزینه‌های کلی طراحی سخت‌افزار و توسعه نرم‌افزار را از طریق یکپارچه‌سازی بالا و رابط‌های چند سازگار به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. چه برای پهپادهای سبک وزن و چه برای پهپادهای صنعتی بسیار قابل اعتماد، LSM6DSO به عنوان یک سنسور نگرش اصلی عمل می کند و پشتیبانی فنی قوی برای پرواز پایدار، کنترل دقیق و کنترل باد هوشمند ارائه می دهد. این راه حل ترجیحی IMU با کارایی بالا برای ارتقاء و تکرار سیستم های کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین است.