在今年CES上無人機(jī)成為了展會(huì)最大的熱點(diǎn)之一，大疆(DJI)、Parrot、3D Robotics、AirDog等知名無人機(jī)公司都有展示他們的最新產(chǎn)品。甚至是英特爾、高通的展位上展出了通信功能強(qiáng)大、能夠自動(dòng)避開障礙物的飛行器。無人機(jī)在2015年已經(jīng)迅速地成為現(xiàn)象級(jí)的熱門產(chǎn)品，甚至我們之前都沒有來得及細(xì)細(xì)研究它。
與固定翼無人機(jī)相比，多軸飛行器的飛行更加穩(wěn)定，能在空中懸停。主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)的遙控器的結(jié)構(gòu)圖如下圖。
四軸飛行器系統(tǒng)解析圖
遙控器系統(tǒng)解析圖
以上只是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的解剖圖，有些更加高級(jí)的如針對(duì)航模發(fā)燒友和航拍用戶們的無人機(jī)系統(tǒng)，還會(huì)要求有云臺(tái)、攝像頭、視頻傳輸系統(tǒng)以及視頻接收等更多模塊。
飛控的大腦：微控制器
在四軸飛行器的飛控主板上，需要用到的芯片并不多。目前的玩具級(jí)飛行器還只是簡(jiǎn)單地在空中飛行或停留，只要能夠接收到遙控器發(fā)送過來的指令，控制四個(gè)馬達(dá)帶動(dòng)槳翼，基本上就可以實(shí)現(xiàn)飛行或懸停的功能。
意法半導(dǎo)體高級(jí)市場(chǎng)工程師介紹，無人機(jī)/多軸飛行器主要部件包括飛行控制以及遙控器兩部分。其中飛行控制包括電調(diào)/馬達(dá)控制、飛機(jī)姿態(tài)控制以及云臺(tái)控制等。目前主流的電調(diào)控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。
新 唐的MCU負(fù)責(zé)人表示: 多軸飛行器由遙控, 飛控,動(dòng)力系統(tǒng), 航拍等不同模塊構(gòu)成, 根據(jù)不同等級(jí)產(chǎn)品的需求，會(huì)采用到不同CPU內(nèi)核。例如小四軸的飛行主控, 因功能單純, 體積小, 必須同時(shí)整合遙控接收, 飛行控制及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功能；中高階多軸飛行器則采用內(nèi)建 DSP 及浮點(diǎn)運(yùn)算單元的, 負(fù)責(zé)飛行主控功能，驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)的電調(diào)(ESC)板則采用MINI5系列設(shè)計(jì)。低階遙控器使用 SOP20 封裝的4T 8051 N79E814；中高階遙控器則采用Cortex-M0 M051系列。另外, 內(nèi)建ARM9及H.264視頻邊譯碼器的N329系列SOC則應(yīng)用于2.4G及5.8G的航拍系統(tǒng)。
在飛控主板上，目前控制和處理用得最多的還是MCU而不是CPU。由于對(duì)于飛行控制方面主要都是浮點(diǎn)運(yùn)算，簡(jiǎn)單的ARM Cortex-M4內(nèi)核32位MCU都可以很好的滿足。有的傳感器MEMS芯片中已經(jīng)集成了DSP，與之搭配的話，更加簡(jiǎn)單的8位單片機(jī)也可以做到。
高通和英特爾推的飛控主芯片
CES上我們看到了高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器，他們采用了比微控制器(MCU)更為強(qiáng)大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片。
例 如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器，它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī)。這款無人機(jī)采用了“RealSense”技術(shù)，能夠建起3D地圖和感知周圍環(huán)境，它可以像一只蝙蝠 一樣飛行，能主動(dòng)避免障礙物。英特爾的無人機(jī)是與一家德國(guó)工業(yè)無人機(jī)廠商Ascending Technologies合作開發(fā)，內(nèi)置了高達(dá)6個(gè)英特爾的“RealSense”3D攝像頭，以及采用了四核的英特爾凌動(dòng)(Atom)處理器的PCI- express定制卡，來處理距離遠(yuǎn)近與傳感器的實(shí)時(shí)信息，以及如何避免近距離的障礙物。這兩家公司在CES展示如此強(qiáng)大功能的無人機(jī)，一是看好無人機(jī)的 市場(chǎng)，二是美國(guó)即將推出相關(guān)法規(guī)，對(duì)無人機(jī)的飛行將有嚴(yán)格的管控。
此 外，活躍在在機(jī)器人市場(chǎng)的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入到無人機(jī)領(lǐng)域。XMOS公司市場(chǎng)營(yíng)銷和業(yè)務(wù)拓展副總裁Paul Neil博士表示，XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些無人機(jī)/多軸飛行器的OEM客戶采用。在這些系統(tǒng)中，XMOS多核微控制器既用于飛行控 制也用于MCU內(nèi)部通信。
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