وبلاگ شرکت در مورد STMicroelectronics LSM6DS3 iNEMO 6DoF IMU: یک واحد اندازه گیری اینرسی با کارایی بالا که برای پهپادها و ربات ها طراحی شده است

مقدمه: "قلب حسی" کنترل پرواز پهپاد

در یک سیستم کنترل پرواز هواپیمای بدون سرنشین، واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) وظیفه اصلی سنجش نگرش، سرعت و موقعیت را انجام می‌دهد - به عنوان «سیستم دهلیزی گوش داخلی» سیستم کنترل پرواز عمل می‌کند و دائماً هر حرکت ظریف هواپیما را تشخیص می‌دهد. STMicroelectronicsLSM6DS3iNEMO 6DoF Inertial Measurement Unit یک راه حل IMU شش محوره با کارایی بالا است که به طور خاص برای پهپادها، ربات ها و کاربردهای مختلف حسگر حرکت طراحی شده است.

LSM6DS3 به عنوان یک محصول شاخص از سری iNEMO، یک شتاب سنج دیجیتال 3 محوره و یک ژیروسکوپ دیجیتال 3 محوره را در بسته LGA جمع و جور ادغام می کند که ردیابی حرکت و تشخیص وضعیت با دقت بالا را با جریان عملیاتی ترکیبی تنها 0.90 میلی آمپر ارائه می دهد. خواه برای پهپادهای عکاسی هوایی درجه یک مصرف کننده، هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه یا پهپادهای بازرسی درجه صنعتی، LSM6DS3 پشتیبانی داده های اینرسی پایدار، دقیق و کم تاخیر را برای سیستم های کنترل پرواز فراهم می کند.

نمای کلی محصول: System-in-Package (SiP) 6DoF IMU

راLSM6DS3یک دستگاه System-in-Package (SiP) است که یک شتاب سنج دیجیتال سه بعدی و یک ژیروسکوپ دیجیتال سه بعدی را در یک واحد ادغام می کند. محدوده تمام مقیاس شتاب سنج را می توان روی 2±، 4±، 8± یا 16 ± گرم پیکربندی کرد، در حالی که محدوده سرعت زاویه ای ژیروسکوپ را می توان روی 125±، 250±، 500±، 1000±، یا ±2000 dps پیکربندی کرد. خروجی دیجیتال 16 بیتی، همراه با یک سنسور دمای تعبیه شده، یک پایه داده جامع برای تخمین نگرش فراهم می کند.

این دستگاه که در یک بسته LGA-14L با ابعاد 2.5 × 3.0 × 0.83 میلی‌متر قرار دارد، برای طرح‌های برد کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین با محدودیت فضا مناسب است. محدوده ولتاژ منبع تغذیه آنالوگ 1.71 ولت تا 3.6 ولت است و از یک منبع تغذیه I/O جداگانه (تا 1.62 ولت) پشتیبانی می کند. محدوده دمای عملیاتی آن از -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد است که آن را برای طیف گسترده ای از محیط های خشن پرواز در فضای باز مناسب می کند.

از نظر رابط ها، LSM6DS3 از هر دو رابط سریال I²C و SPI پشتیبانی می کند و دارای یک بافر هوشمند FIFO با ظرفیت 4 کیلوبایت است که از ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات دسته ای پشتیبانی می کند. این به طور قابل توجهی فرکانس وقفه های MCU کنترل اصلی را کاهش می دهد و در نتیجه مصرف برق کلی سیستم را کاهش می دهد.

مزایای فنی کلیدی: چرا LSM6DS3 انتخاب ایده آل برای IMU های پهپاد است

1. مصرف انرژی بسیار کم برای زمان طولانی پرواز

پهپادها نسبت به مصرف برق بسیار حساس هستند – هر میلی آمپر جریان بر زمان پرواز تأثیر می گذارد. در حالت ترکیبی با عملکرد بالا، LSM6DS3 تنها 0.90 میلی آمپر مصرف می کند و در حالت کم مصرف، مصرف به اندازه 0.65 میلی آمپر کاهش می یابد. ویژگی کم مصرف «همیشه روشن» به حسگر اجازه می‌دهد بدون بیدار کردن MCU اصلی، حرکت را به طور مداوم تشخیص دهد، و آن را به ویژه برای پهپادهای هوشمندی که به عملکرد آماده به کار نیاز دارند، مناسب می‌کند.

2. مقاومت در برابر شوک بالا برای شرایط ناهموار پرواز

پهپادها در حین مانورهای تهاجمی مانند برخاستن، فرود، چرخش های تند و غلتیدن، ضربه های مکانیکی شدیدی را تجربه می کنند. مقاومت بالای LSM6DS3 در برابر شوک مکانیکی آن را به بهترین انتخاب برای طراحان سیستمی تبدیل می کند که محصولات بسیار قابل اعتمادی را ایجاد و تولید می کنند. عملکرد اندازه گیری پایداری را حفظ می کند، چه در مقابل اثرات خشونت آمیز هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه ای و چه در محیط های مستعد ارتعاش پهپادهای صنعتی کار کند.

3. پیکربندی برد انعطاف پذیر برای سناریوهای پروازی متنوع

راLSM6DS3چندین محدوده اندازه گیری قابل تنظیم را ارائه می دهد:

محدوده شتاب سنج: ±2/±4/±8/±16 گرم

محدوده ژیروسکوپ: ±125/±250/±500/±1000/±2000 dps

توسعه‌دهندگان می‌توانند به‌طور انعطاف‌پذیر محدوده‌های اندازه‌گیری را بر اساس ویژگی‌های دینامیکی خاص پهپادهای خود انتخاب کنند - پهپادهای عکاسی هوایی با قابلیت شناور پایدار می‌توانند محدوده‌های باریک‌تری را برای وضوح بالاتر انتخاب کنند، در حالی که پهپادهای بدلکاری و مسابقه‌ای می‌توانند محدوده‌های وسیع‌تری را برای ثبت تغییرات سرعت زاویه‌ای بزرگ انتخاب کنند.

4. وقفه های جامع و توابع جاسازی شده

LSM6DS3 دارای مجموعه کاملی از عملکردهای تشخیص حرکت است:

گام شمار، تشخیص گام و شمارش گام

تشخیص حرکت با دامنه بزرگ و تشخیص شیب

وقفه های استاندارد: سقوط آزاد، بیدار شدن، تشخیص جهت گیری 6D/4D، تک کلیک و دوبار کلیک

این توابع در سطح سخت‌افزار، بار محاسباتی MCU کنترل پرواز را کاهش می‌دهند و به پردازنده اجازه می‌دهند روی الگوریتم‌های پیچیده‌تر کنترل نگرش تمرکز کند.

5. پشتیبانی جامع اکوسیستم توسعه

STMicroelectronics یک درایور استاندارد C مستقل از پلتفرم (C-Driver-MEMS) را برای LSM6DS3 فراهم می کند که به طور قابل توجهی مانع توسعه را کاهش می دهد. علاوه بر این، این دستگاه عمیقاً با اکوسیستم استاندارد STM32 ادغام شده است و توسعه دهندگان را قادر می سازد تا به سرعت نمونه های اولیه کنترل پرواز را بسازند و تأیید کنند.

کاربردهای کلیدی LSM6DS3 در هواپیماهای بدون سرنشین

برآورد نگرش کنترل پرواز

یکی از وظایف اصلی کنترل پرواز پهپاد، تخمین لحظه ای زوایای نگرش هواپیما (پیچ، رول و انحراف) است. LSM6DS3 هم داده‌های شتاب‌سنج (برای تشخیص جهت گرانش) و هم داده‌های ژیروسکوپ (برای یکپارچه‌سازی سرعت زاویه‌ای) ارائه می‌کند، که آن را به منبع داده ایده‌آلی برای الگوریتم‌های تخمین نگرش مانند فیلتر مکمل، فیلتر کالمن توسعه‌یافته (EKF) و روش‌های کواترنیون تبدیل می‌کند.

در کاربردهای مهندسی عملی، LSM6DS3 به طور گسترده ای برای تخمین نگرش در سیستم های کنترل پرواز پهپاد مورد استفاده قرار گرفته است. نرخ داده خروجی بالای آن (ODR) تا 6.6 کیلوهرتز پهنای باند داده کافی را برای کنترل در زمان واقعی فراهم می کند.

کنترل پایداری و تثبیت پرواز

برای پهپادهای چند روتوری، عملکرد بلادرنگ و دقت اطلاعات وضعیت به طور مستقیم بر پایداری پرواز تأثیر می گذارد. خروجی داده با تأخیر کم LSM6DS3، همراه با وضوح 16 بیتی با دقت بالا، سیگنال های بازخورد دقیقی را برای کنترلرهای PID ارائه می دهد. تحقیقات و تجربه عملی نشان داده است که بهینه سازی الگوریتم های کنترل وضعیت پهپاد بر اساس IMU های سری LSM6DS3 می تواند دقت کنترل و مقاومت هواپیما در برابر تداخل را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

کمک ناوبری و موقعیت یابی

در محیط‌های داخلی یا دره‌ای که سیگنال‌های GPS از بین می‌روند یا ضعیف هستند، ناوبری پهپاد باید برای محاسبه مرده به یک IMU تکیه کند. داده‌های شتاب پیوسته و سرعت زاویه‌ای ارائه‌شده توسط LSM6DS3 را می‌توان با یک مغناطیس‌سنج خارجی (که از طریق رابط اصلی I²C متصل می‌شود) ترکیب کرد تا یک سیستم قطب‌نمای الکترونیکی 9 محوره (eCompass) بسازد، و به پهپاد یک مرجع سرفصل مطمئن‌تر ارائه دهد.

مانیتورینگ ارتعاش و سلامت سازه

آزمایش ارتعاشات ساختاری پهپادها نقش مهمی در مهندسی هوافضا دارد. راLSM6DS3حساسیت بالا (تراکم نویز شتاب‌سنج 90 میکروگرم/√Hz) آن را قادر می‌سازد تا سیگنال‌های ارتعاشی ضعیف را بگیرد و آن را برای نظارت بر ارتعاش و ارزیابی سلامت سازه‌های حیاتی مانند بازوهای پهپاد و پایه‌های موتور مناسب می‌سازد.

مشخصات فنی در یک نگاه

شماره قطعه:LSM6DS3(LSM6DS3TR-C)

سازنده: STMicroelectronics

نوع دستگاه: IMU 6 محوره (شتاب سنج سه بعدی + ژیروسکوپ سه بعدی)

محدوده شتاب سنج: ± 2 / ± 4 / ± 8 / ± 16 گرم

محدوده ژیروسکوپ: ± 125 / ± 250 / ± 500 / ± 1000 / ± 2000 dps

وضوح خروجی: خروجی دیجیتال 16 بیتی

رابط دیجیتال: I²C، SPI (3 سیم یا 4 سیم)

FIFO: FIFO هوشمند، تا 4 کیلوبایت

ولتاژ تغذیه: 1.71 ولت تا 3.6 ولت

منبع IO: IO اختصاصی، حداقل 1.62 ولت

جریان عملیاتی: ~0.90 میلی آمپر (حالت ترکیبی با عملکرد بالا)

دمای کارکرد: -40 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد

بسته بندی: LGA-14L، 2.5 × 3.0 × 0.83 میلی متر

LSM6DS3برنامه های کاربردی معمولی

سیستم های کنترل پرواز پهپاد: تخمین نگرش، تثبیت پرواز

ناوبری ربات و کنترل نگرش

هدست AR/VR: ردیابی سر و سنجش نگرش

گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها: چرخش صفحه، بازی‌های مبتنی بر حرکت، شمارش گام‌ها

دستگاه‌های پوشیدنی: ردیابی فعالیت در ساعت‌های هوشمند و باندهای تناسب اندام

IoT صنعتی و نظارت بر ارتعاش

قطب نما الکترونیکی 9 محور: هنگام جفت شدن با مغناطیس سنج LIS3MDL آگاهی کامل از سرفصل را ارائه می دهد.

Mingjiada Electronics مدتهاست که تامین کننده STMicroelectronics اصلی بوده استLSM6DS3وLSM6DS3TR-CIMU های 6 محوره iNEMO و خدمات خرید با ارزش بالا را ارائه می دهد. انبار شنژن ما دارای انبار ثابتی از این محصولات است. ما 100٪ محصولات اصلی را تضمین می کنیم و از تحویل سریع برای نمونه های کوچک و تولید در مقیاس بزرگ پشتیبانی می کنیم.

برچسب ها:LSM6DS3TR-C،LSM6DS3TR،LSM6DS3T،LSM6DS3