وبلاگ شرکت در مورد ماژول‌های اینرسی 6 محوره ST LSM6DSR iNEMO برای کاربردهای پهپاد

شرکت شنژن مینگجیادا الکترونیکس با مسئولیت محدود، ماژول اینرسی شش محوره iNEMO مدل 5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی از شرکت ST را تامین و بازیافت می‌کند که برای کاربردهای پهپادی مناسب است.

در سیستم‌های کنترل پرواز پهپاد، واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) جزء اصلی برای تخمین وضعیت، تثبیت جهت و ناوبری دقیق است؛ دقت، سرعت پاسخ دینامیکی و مصونیت آن در برابر تداخل، مستقیماً پایداری پرواز و ایمنی عملیاتی پهپاد را تعیین می‌کند. ماژول اینرسی هوشمند شش محوره iNEMO مدل 5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی از شرکت ST شامل یک شتاب‌سنج دیجیتال سه محوره با دقت بالا و یک ژیروسکوپ دیجیتال سه محوره با دامنه فوق‌العاده بالا است. با دامنه اندازه‌گیری دینامیکی گسترده، معماری کم مصرف، قابلیت‌های پردازش داده هوشمند و سازگاری با محیط‌های خشن، این ماژول کاملاً برای طیف گسترده‌ای از مدل‌های پهپاد، از جمله پهپادهای مسابقه‌ای مصرفی، پهپادهای بازرسی صنعتی، پهپادهای حفاظت از محصولات کشاورزی و پهپادهای کوچک عکاسی هوایی مناسب است و آن را به جزء سنجش اینرسی ارجح برای سیستم‌های کنترل پرواز پهپادهای پیشرفته امروزی تبدیل می‌کند.

I. نمای کلی هسته محصول 5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی

LSM6DSR

نسل جدید ماژول‌های اندازه‌گیری اینرسی MEMS با کارایی بالا iNEMO از شرکت ST است. با استفاده از معماری یکپارچه تک تراشه‌ای، می‌تواند داده‌های حرکت فضایی شش بعدی را بدون نیاز به سنسورهای کمکی خارجی ثبت کند و بدین ترتیب مشکلات مربوط به اندازه بزرگ، انحراف سیگنال و سازگاری ضعیف را که در راه‌حل‌های سنتی چند تراشه‌ای وجود دارد، به طور کامل برطرف می‌کند. این ماژول از فرآیند تولید MEMS (سیستم‌های میکرو-الکترو-مکانیکی) اثبات شده شرکت ST استفاده می‌کند. از طریق کالیبراسیون دقیق کارخانه‌ای، انحراف دما و انحراف نقطه صفر را به طور موثر کاهش می‌دهد. همچنین دارای گواهینامه استاندارد قابلیت اطمینان درجه خودرو AEC-Q100 است و مقاومت استثنایی در برابر لرزش و ضربه، و همچنین دامنه دمای عملیاتی گسترده‌ای را ارائه می‌دهد و آن را برای شرایط پروازی خشن که پهپادها با آن مواجه می‌شوند، مانند ارتفاعات بالا، سرعت‌های بالا و جریان‌های هوایی پیچیده، مناسب می‌سازد.

سخت‌افزار در یک طراحی فشرده نصب سطحی LGA-14L بسته‌بندی شده است که هم کوچک و هم سبک است و بار روی بدنه پهپاد را به حداقل می‌رساند. این امر الزامات سختگیرانه برای کوچک‌سازی و بار کم پهپادهای مسابقه‌ای میکرو کلاس و پهپادهای سبک عکاسی هوایی را برآورده می‌کند، در حالی که چیدمان سخت‌افزار برد اصلی کنترل پرواز را ساده کرده و هزینه‌های تولید انبوه و اشکال‌زدایی را کاهش می‌دهد.5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی

LSM6DSR

پیکربندی پارامتر

LSM6DSR

برای سناریوهایی شامل حرکت سریع پهپاد، تغییرات شدید وضعیت و تداخلات دینامیکی قوی بهینه شده است. پارامترهای عملکرد اصلی آن برای الزامات الگوریتم‌های کنترل پرواز پهپاد سفارشی شده‌اند، که در زیر به تفصیل شرح داده شده‌اند:

1. ژیروسکوپ (3 محوره)

- دامنه اندازه‌گیری فوق‌العاده گسترده: از تنظیمات چند مرحله‌ای ±125/±250/±500/±1000/±2000/±4000 dps پشتیبانی می‌کند. دامنه فوق‌العاده بالای ±4000 dps یک مزیت منحصر به فرد برای پهپادهای مسابقه‌ای FPV است که امکان ثبت کامل مانورهای شدید مانند چرخش‌های سریع، پیچ‌های سریع، شیرجه‌های چرخشی و سایر مانورهای شدید را فراهم می‌کند و مشکلات مربوط به از دست دادن داده‌های وضعیت و از دست دادن کنترل پرواز ناشی از اشباع سیگنال سنسور را به طور کامل برطرف می‌کند.

- پاسخ دینامیکی بالا: از نرخ‌های خروجی داده فوق‌العاده بالا با به‌روزرسانی‌های وضعیت بسیار واقعی پشتیبانی می‌کند و امکان ثبت دقیق تغییرات وضعیت در سطح میلی‌ثانیه را برای برآورده کردن الزامات محاسباتی بلادرنگ پرواز دینامیکی سریع پهپاد فراهم می‌کند.

- مشخصات انحراف کم: الگوریتم جبران دمای داخلی به طور قابل توجهی انحراف نقطه صفر را در محیط‌های دمای بالا و پایین کاهش می‌دهد و از عدم انحراف وضعیت یا انحراف جهت در طول پرواز طولانی اطمینان حاصل می‌کند.

2. شتاب‌سنج (3 محوره)

- سازگاری دامنه چندگانه: از جابجایی بین چهار دامنه اندازه‌گیری (±2g، ±4g، ±8g و ±16g) پشتیبانی می‌کند و نیازهای جمع‌آوری داده‌های شتاب را برای شرایط مختلف پرواز، از جمله پرواز پایدار معمولی، مانورهای پرسرعت، ضربه‌های شیرجه و جذب ضربه فرود را برآورده می‌کند.

- دقت نمونه‌برداری بالا: طراحی نمونه‌برداری با نویز کم، سیگنال‌های نویز ناشی از ارتعاشات موتور پهپاد و اختلالات جریان هوا را به طور موثر فیلتر می‌کند و از وضعیت افقی دقیق در هنگام شناوری ثابت و کروز با سرعت پایین اطمینان حاصل می‌کند.

3. پارامترهای هسته عمومی

- مصرف برق فوق‌العاده کم: مصرف برق ترکیبی فقط 1.2 میلی‌آمپر در حالت عملکرد بالا؛ از مدیریت توان دینامیکی هوشمند پشتیبانی می‌کند و به طور خودکار سرعت کلاک را برای صرفه‌جویی در مصرف برق در دوره‌های بیکاری کاهش می‌دهد و عمر باتری پهپاد را به طور موثر افزایش می‌دهد.

- بافر FIFO هوشمند: دارای یک بافر سخت‌افزاری FIFO با ظرفیت بالا 9 کیلوبایتی است که قادر به ذخیره‌سازی دسته‌ای داده‌های وضعیت، دما و برچسب زمانی است و بار خواندن و پردازش داده را بر روی تراشه اصلی کنترل‌کننده پرواز به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و از از دست دادن داده و لکنت در طول پرواز با سرعت بالا جلوگیری می‌کند.5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی

- رابط‌های ارتباطی: از پروتکل‌های ارتباطی استاندارد I2C و SPI پشتیبانی می‌کند و با تراشه‌های اصلی کنترل‌کننده پرواز پهپادهای رایج (STM32، ESP32 و غیره) سازگار است و سازگاری استثنایی را ارائه می‌دهد.

III. مزایای فنی متمایز

LSM6DSR

1. دامنه دینامیکی فوق‌العاده بالا، مناسب برای سناریوهای پروازی شدید5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنیLSM6DSR

یک الزام اصلی و ضروری برای پهپادهای با قابلیت مانور بالا است. این امر ثبت داده‌های نرخ زاویه‌ای را برای تمام مانورهای پروازی شدید به طور کامل پوشش می‌دهد و اطمینان می‌دهد که داده‌های وضعیت حتی در طول حرکات شدید کامل و معتبر باقی می‌مانند و بدین ترتیب خطر ناپایداری پرواز را در سطح سخت‌افزار از بین می‌برد.

2. تخلیه هوشمند داده برای افزایش پایداری کنترل‌کننده پرواز

در طول پرواز پهپاد، جمع‌آوری فرکانس بالای داده‌های وضعیت و محاسبات بلادرنگ بار محاسباتی عظیمی را بر روی کنترل‌کننده اصلی تحمیل می‌کند.

LSM6DSR5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی3. مقاومت قوی در برابر تداخل و قابلیت اطمینان بالا، مناسب برای شرایط عملیاتی پیچیده

در طول پرواز، پهپادها دائماً در معرض ارتعاشات فرکانس بالای موتور، تشدید بدنه، ضربه‌های جریان هوا و نوسانات دما قرار دارند؛ سنسورهای معمولی مستعد مشکلاتی مانند نویز داده بالا، انحراف شدید و خرابی عملیاتی هستند. 5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی

تحت بهینه‌سازی حرفه‌ای سرکوب ارتعاش قرار گرفته و دارای یک مدار فیلترینگ سخت‌افزاری داخلی است که نویز ارتعاش مکانیکی را به طور موثر فیلتر می‌کند؛ علاوه بر این، استانداردهای قابلیت اطمینان درجه خودرو آن، مقاومت عالی در برابر ضربه و نوسانات دما را تضمین می‌کند و عملکرد پایدار را بدون افت دقت قابل توجه حتی در طول عملیات پروازی طولانی مدت و با شدت بالا ارائه می‌دهد.

4. مصرف برق کم و طراحی سبک، بهینه‌سازی استقامت کلی پرواز و ظرفیت بار

پهپادها به وزن بدنه و مصرف برق بسیار حساس هستند؛ سنسورهای سنگین‌تر از حد، مانورپذیری پرواز را کاهش داده و استقامت پرواز را کوتاه می‌کنند.

LSM6DSR

از یک بسته تراشه فوق‌العاده فشرده و سبک بدون لوازم جانبی اضافی استفاده می‌کند. همچنین فناوری مدیریت توان دینامیکی را در خود جای داده است که حالت‌های عملیاتی را بر اساس شرایط پرواز به طور تطبیقی جابجا می‌کند: مصرف برق را در طول کروز پایدار کاهش می‌دهد در حالی که در طول پرواز مانورپذیر با ظرفیت کامل کار می‌کند. این امر بهره‌وری انرژی سیستم را در عین اطمینان از عملکرد بالا به حداکثر می‌رساند و بدین ترتیب استقامت پرواز و ظرفیت بار پهپاد را افزایش می‌دهد.

IV. سناریوهای کاربردی اصلی برای

LSM6DSR

1. تخمین وضعیت پایه و کنترل تثبیت

این کاربرد اصلی و اساسی

LSM6DSR

در پهپادها است. شتاب‌سنج داده‌های بلادرنگ در مورد شیب افقی بدنه و جهت گرانش را جمع‌آوری می‌کند، در حالی که ژیروسکوپ تغییرات فرکانس بالا در سرعت‌های زاویه‌ای سه محوره پیچ، غلت و انحراف را ثبت می‌کند. سیستم کنترل پرواز داده‌های شش محوره را ادغام کرده و از الگوریتم‌های فیلترینگ کالمن و فیلترینگ مکمل برای انجام تخمین وضعیت با دقت بالا استفاده می‌کند و وضعیت بدنه را در زمان واقعی تصحیح می‌کند تا پهپاد بتواند در جای خود شناور بماند، به نرمی کروز کند و وضعیت را قفل کند، مشکلات پروازی مانند انحراف، لرزش و انحراف را از بین می‌برد و پایداری پرواز پایه را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنیبرای برآورده کردن نیازهای مانورهای پرسرعت و آکروباتیک‌های شدید در پهپادهای FPV کراس کانتری و مسابقه‌ای، دامنه ژیروسکوپ فوق‌العاده گسترده ±4000 dps در

LSM6DSR

نقش محوری ایفا می‌کند. این امر داده‌های نرخ زاویه‌ای را در طول مانورهای شدید مانند چرخش‌های پرسرعت، پیچ‌های سریع، شیرجه‌های عمودی و چرخش‌های مداوم، بدون اشباع یا اعوجاج داده، به دقت ثبت می‌کند. این امر پشتیبانی داده قابل اعتماد را برای تصحیحات وضعیت بلادرنگ کنترل‌کننده پرواز و اجرای دقیق مانورهای آکروباتیک فراهم می‌کند و آن را به سنسور اینرسی استاندارد برای پهپادهای مسابقه‌ای پیشرفته تبدیل می‌کند.

3. ناوبری دقیق و عملیات نقطه به نقطه

پهپادهای مورد استفاده برای بازرسی‌های صنعتی، حفاظت از محصولات کشاورزی، نقشه‌برداری و اکتشاف، و سایر عملیات، الزامات بسیار بالایی را برای دقت موقعیت‌یابی پرواز و پایداری مسیر پرواز دارند. داده‌های حرکت با انحراف کم و دقت بالای

LSM6DSR

را می‌توان با داده‌های GPS، BeiDou، فشارسنج‌ها و سنسورهای اولتراسونیک ادغام کرد تا ناوبری یکپارچه حاصل شود. این امر خطاهای انحراف موقعیت‌یابی GPS را به طور دقیق تصحیح می‌کند، اطمینان می‌دهد که پهپاد به طور پایدار در مسیرهای پروازی از پیش تعیین شده پرواز می‌کند و امکان شناوری دقیق ثابت، عملیات دقیق و پرواز مجدد مسیر را فراهم می‌کند و بدین ترتیب دقت و کارایی عملیات بازرسی، حفاظت از محصولات کشاورزی و نقشه‌برداری را به طور موثر افزایش می‌دهد.

4. تثبیت وضعیت پرواز و تثبیت عکاسی هوایی5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنی

LSM6DSR

به طور مداوم داده‌های مربوط به ارتعاشات جزئی و انحرافات وضعیت بدنه را ثبت می‌کند و آن را به سیستم تثبیت گیمبال و الگوریتم‌های ضد لرزش کنترل‌کننده پرواز منتقل می‌کند. این امر انحرافات وضعیت ناشی از لرزش بدنه و تلاطم هوا را در زمان واقعی جبران می‌کند و به گیمبال در دستیابی به تثبیت سه محوره کمک می‌کند. این امر به طور موثر لرزش دوربین و عدم هم‌ترازی را در فیلم‌های هوایی از بین می‌برد و فیلم‌های با کیفیت بالا و روان را تضمین می‌کند و برای عکاسی هوایی حرفه‌ای، تولید فیلم و نقشه‌برداری در ارتفاع بالا مناسب است.5. نظارت بر ناهنجاری و حفاظت ایمنیاین ماژول می‌تواند وضعیت غیرعادی پهپاد، ارتعاشات شدید، شیرجه‌های ناگهانی، ضربه‌های برخورد و سایر شرایط را در زمان واقعی نظارت کند. هنگامی که داده‌های حرکتی فراتر از آستانه‌های پرواز عادی تشخیص داده شود، می‌تواند به سرعت مکانیسم‌های حفاظت ایمنی کنترل‌کننده پرواز را فعال کند و عملکردهایی مانند تصحیح وضعیت، شناوری اضطراری، بازگشت به خانه با یک دکمه و حفاظت از فرود اجباری را فعال کند. این امر به طور موثر خطر سقوط و آسیب پهپاد را کاهش می‌دهد و بدین ترتیب ایمنی پرواز را افزایش می‌دهد.