مدونة الشركة حول وحدات ST LSM6DSR ذات 6 محاور iNEMO-بالقصور الذاتي لتطبيقات الطائرات بدون طيار

شينزن مينغجيادا إلكترونيات الشركة المحدودة توفير وإعادة تدوير STLSM6DSRوحدة تجارية iNEMO ذات 6 محاور، مناسبة لتطبيقات الطائرات بدون طيار.

في أنظمة التحكم في الطيران بدون طيار، وحدة قياس الثبات (IMU) هي المكون الأساسي لتقدير الموقف، وتثبيت المسار والملاحة الدقيقة.سرعة الاستجابة الديناميكية والحصانة من التداخل تحدد مباشرة استقرار الطيران وسلامة التشغيل للطائرة بدون طيار. الـ STLSM6DSRويتضمن وحدة تجاهل الذكية iNEMO ذات 6 محاور مقياس تسارع رقمي عالي الدقة ذو 3 محاور ومركز تحرك رقمي ذو مدى عالي للغاية ذو 3 محورات.بنية منخفضة الطاقة، قدرات معالجة البيانات الذكية والقدرة على التكيف مع البيئات القاسية، وهو مناسب تماما لمجموعة واسعة من نماذج الطائرات بدون طيار، بما في ذلك الطائرات بدون طيار السباقية من الطراز الاستهلاكي،طائرات بدون طيار للتفتيش الصناعي، طائرات بدون طيار لحماية المحاصيل وطائرات بدون طيار لالتقاط الصور الجوية الصغيرة، مما يجعلها المكون المفضل للاستشعار الثابت لأنظمة التحكم في الطيران من الطائرات بدون طيار الراقية اليوم.

نظرة عامة أساسية علىLSM6DSRالمنتج

LSM6DSR هي الجيل الجديد من وحدات قياس inertia iNEMO MEMS عالية الأداء من ST.يمكنها التقاط بيانات حركة فضائية ستة أبعاد دون الحاجة إلى أجهزة استشعار مساعدة خارجية، وبالتالي حل تماما مشكلات الحجم الكبير، وانحراف الإشارة وضعف التوافق المرتبطة الحلول التقليدية متعددة الشريحة.تستخدم الوحدة عملية التصنيع المثبتة لـ MEMS (الأنظمة الكهربائية الكهربائية) من STمن خلال المعايرة المصنعة عالية الدقة، فإنه يقلل بشكل فعال من الانحراف في درجة الحرارة والانحراف في نقطة الصفر.يقدم مقاومة استثنائية للهزات والصدمات، فضلا عن مجموعة واسعة من درجات الحرارة التشغيلية، مما يجعلها مناسبة لظروف الطيران القاسية التي تواجهها الطائرات بدون طيار، مثل الارتفاعات العالية والسرعات العالية وتدفقات الهواء المعقدة.

يتم تعبئة الأجهزة في تصميم مضغوط LGA-14L سطحي ، وهو صغير وخفيف الوزن ، مما يقلل من الحمل على هيكل الطائرة.يلبي المتطلبات الصارمة للصغر والحمولة المنخفضة للطائرات بدون طيار السباقية من الفئة الصغيرة وطائرات بدون طيار خفيفة الوزن للصور الجوية، مع تبسيط تخطيط الأجهزة لللوحة الرئيسية لتحكم الطيران وتقليل تكاليف الإنتاج الضخم وإصلاح الأخطاء.

II. المعلمات الرئيسيةLSM6DSR

يتم تحسين تكوين المعلمات من LSM6DSR ‬ للسيناريوهات التي تنطوي على حركة الطائرات بدون طيار عالية السرعة ، والتغيرات الجذرية في الموقف والتداخل الديناميكي القوي.معايير أدائها الأساسية مصممة لتلبية متطلبات خوارزميات تحكم الطيرانكما هو مفصل أدناه:

1.الجيروسكوب (3 محور)

- نطاق قياس واسع للغاية: يدعم تعديل متعدد الخطوات من ± 125 / ± 250 / ± 500 / ± 1000 / ± 2000 / ± 4000 ديسبيل. نطاق قياس عالي للغاية من ± 4000 ديسبيل هو ميزة فريدة للطائرات بدون طيار FPV السباقية ،يسمح بالقبض المثالي على أوراق السرعة العالية، الالتفافات عالية السرعة، والغوصات الدوارة وغيرها من المناورات المتطرفة، والقضاء تماما على مشاكل مثل فقدان بيانات الموقف وفقدان التحكم في الطيران الناجمة عن تشبع إشارة المستشعرات

- استجابة ديناميكية عالية: يدعم معدلات إنتاج البيانات عالية للغاية مع تحديثات موقف عالية في الوقت الحقيقي،تمكين التقاط التغيرات الدقيقة في الموقف على مستوى الميلي ثانية لتلبية متطلبات الحساب في الوقت الحقيقي للطيران الديناميكي السريع من دون طيار

- خصائص الانحراف المنخفض: الخوارزمية المدمجة لتعويض درجة الحرارة تقلل بشكل كبير من الانحراف عند نقطة الصفر في بيئات ذات درجات حرارة عالية ومنخفضة.ضمان عدم وجود انحراف في الموقف أو الانحراف في الاتجاه أثناء الرحلة الطويلة

2مقياس التسارع (3 محور)

- القدرة على التكيف مع المدى المتعدد: يدعم التبديل بين أربعة نطاقات قياس (±2g، ±4g، ±8g و ±16g) ، وتلبية متطلبات جمع بيانات التسارع لظروف الطيران المختلفة.بما في ذلك الطيران المستقر الطبيعي، المناورات عالية السرعة، تأثيرات الغوص والهبوط

- دقة العينات العالية: تصميم العينات منخفض الضوضاء يصف بصورة فعالة إشارات الضوضاء الناجمة عن اهتزازات محرك الطائرات بدون طيار وتشويشات تدفق الهواء.ضمان وضع أفقي دقيق أثناء الطيران الثابت والسفر بسرعة منخفضة

3المعايير الأساسية العامة

- استهلاك طاقة منخفض للغاية: استهلاك طاقة مجتمعة من 1.2mA فقط في وضع الأداء العالي؛ يدعم إدارة طاقة ديناميكية ذكية،خفض سرعة الساعة تلقائيًا لتوفير الطاقة خلال فترات التوقف، مما يطيل عمر بطارية الطائرة بدون طيار

- خزنة FIFO الذكية: يحتوي على خزنة FIFO عالية السعة في 9 كيلوبايت قادرة على تخزين بيانات الموقف ودرجة الحرارة والختم الزمني ،خفض كبير في قراءة البيانات ومعالجة عبء على رقاقة التحكم في الطيران الرئيسية، ومنع فقدان البيانات والتمتم خلال رحلة عالية السرعة

- نطاق واسع لدرجات الحرارة التشغيلية: نطاق درجة الحرارة التشغيلية من -40 °C إلى + 85 °C ، مناسبة لظروف درجات الحرارة المنخفضة على ارتفاعات عالية ، الحرارة الصيفية الشديدة ،وتقلبات حرارة الخارج المعقدة، ضمان التشغيل المستقر في جميع الظروف الجوية

- واجهات الاتصال: يدعم بروتوكولات الاتصال القياسية I2C و SPI ، متوافقة مع الرقائق الرئيسية لمراقبة الطيران من الطائرات بدون طيار (STM32 ، ESP32 ، إلخ) ،تقدم قدرة استثنائية على التكيف

المزايا التقنية المميزةLSM6DSR

1نطاق ديناميكي عالي للغاية، مناسبة لسيناريوهات الطيران القاسية

الجيروسكوبات التقليدية ذات الستة محاور IMU لديها نطاق أقصى يبلغ فقط ± 2000 ديسبيل ، وهو غير كاف لدعم الدوران عالي السرعة ،الرولات المستمرة والمناورات المكثفة الأخرى للطائرات بدون طيار FPV عبر البلاد وطائرات بدون طيار سباق، مما يجعلها عرضة للغاية لامتلاء البيانات وفشل حساب الموقف. على النقيض من ذلك ، فإن نطاق القياس الواسع للغاية لـ LSM6DSR ٪ من ± 4000 ديسلالمتطلب الأساسي للطائرات بدون طيار عالية السرعةيغطي بالكامل جمع بيانات السرعة الزاوية لجميع المناورات الطائرة القاسية، وضمان أن البيانات الموقف تبقى كاملة وصالحة حتى خلال الحركات العنيفة،وبالتالي القضاء على خطر عدم استقرار الطيران على مستوى الأجهزة.

2تحميل البيانات الذكية لتحسين استقرار جهاز التحكم في الطيران

أثناء رحلة الطائرات بدون طيار، فإن الحصول على بيانات الموقف عالية التردد والحساب في الوقت الحقيقي يضع عبئاً حاسوبياً هائلاً على جهاز التحكم الرئيسي.LSM6DSRمزودة بمخزن تخزين ذكاء FIFO من 9 كيلوبايت في الأجهزة التي تتعامل بشكل مستقل مع تعبئة البيانات وتصنيفها والتخزين المؤقت.إزالة الحاجة إلى مراقب رئيسي للاستطلاع وقراءة البيانات في الوقت الحقيقيهذا يفرج بشكل كبير عن قوة معالجة جهاز التحكم الرئيسي، مما يسمح لنظام التحكم في الطيران بالتركيز على الخوارزميات الأساسية مثل حساب الموقف، ضبط PID وتخطيط الملاحة،وبالتالي تحسين سرعة استجابة الطيران بشكل فعال وسلاسة التحكم مع تقليل استهلاك الطاقة للجهاز.

3مقاومة قوية للتداخل وموثوقية عالية، مناسبة لظروف التشغيل المعقدة

أثناء الطيران، تتعرض الطائرات بدون طيار باستمرار لاهتزازات محرك عالية التردد، ورنين الهيكل الجوي، وتأثيرات تدفق الهواء وتقلبات درجة الحرارة.أجهزة الاستشعار العادية عرضة لمشاكل مثل ضوضاء البيانات العالية، والانحراف الشديد والخلل التشغيلي.وقد خضعت LSM6DSR لتحسين قمع الاهتزاز المهنية ويتميز بدوائر تصفية الأجهزة المدمجة التي تصفح بشكل فعال ضوضاء الاهتزاز الميكانيكية؛ علاوة على ذلك ، فإن معايير موثوقيتها للسيارات تضمن مقاومة ممتازة للصدمات وتقلبات درجة الحرارة ،توفير أداء مستقر دون تدهور دقيق كبير حتى أثناء عمليات الطيران الطويلة في الهواء الطلق وعمليات الطيران عالية الكثافة..

4استهلاك طاقة منخفض وتصميم خفيف الوزن ، مما يضمن تحسين القدرة على التحمل والحمولة

الطائرات بدون طيار حساسة للغاية لوزن هيكل الطائرة واستهلاك الطاقة؛ أجهزة الاستشعار الثقيلة جدًا تقلل من قدرة الطيران على المناورة وتقلل من تحمل الطيران.LSM6DSRيستخدم حزمة رقاقة ضئيلة للغاية وخفيفة الوزن دون أجهزة خارجية زائدة. كما أنه يدمج تقنية إدارة الطاقة الديناميكية،والتي تتغير بشكل متكيف بين أنماط التشغيل حسب ظروف الطيران: تخفيض استهلاك الطاقة أثناء القيادة الثابتة مع العمل بكامل طاقتها أثناء الطيران المتحرك. وهذا يزيد من كفاءة الطاقة للنظام مع ضمان أداء عال،وبالتالي تحسين قدرة الطائرة على التحمل والحمولة.

IV. سيناريوهات التطبيق الأساسيةLSM6DSR

1تقدير الموقف الأساسي ومراقبة الاستقرار

هذا هو التطبيق الأساسي الأساسي لـ LSM6DSR في الطائرات بدون طيار. يجمع مقياس التسارع بيانات في الوقت الحقيقي حول الميل الأفقي للجسم الجوي واتجاه الجاذبية،بينما يلتقط الجيروسكوب التغيرات ذات التردد العالي في السرعات الزاوية في المحور الثلاثينظام تحكم الطيران يدمج البيانات من ستة محاور ويستخدم تصفية كالمان وخوارزميات تصفية تكميلية لإجراء تقدير موقف عالي الدقة.تصحيح موقف الطائرة في الوقت الحقيقي لتمكين الطائرة بدون طيار من التأرجح في مكانها، والسفر بسلاسة وتثبيت الموقف، والقضاء على مشاكل الطيران مثل الانجراف والتذبذب والانحراف، وتعزيز بشكل كبير استقرار الطيران الأساسي.

2السباقات عالية السرعة / FPV الطيران الحاد عبر البلاد

لتلبية متطلبات المناورات عالية السرعة والطيران الجوي المتطرف في طائرات بدون طيار FPV عبر البلاد والسباقات ، يلعب مجموعة الجيروسكوب الفائقة الواسعة من LSM6DSR ٪ من ± 4000 ديسبيكس دورًا محوريًا.إنه يلتقط بدقة بيانات السرعة الزاوية خلال المناورات المكثفة مثل التدحرج بسرعة عالية، الالتفافات السريعة والغوصات الرأسية والدورانات المستمرة ، دون تشبع البيانات أو تشويهها.هذا يوفر دعمًا موثوقًا للبيانات لتصحيحات موقف مراقب الطيران في الوقت الفعلي وتنفيذ المناورات الجوية الدقيقة، مما يجعله مستشعر القصور العاطفي القياسي للطائرات بدون طيار السباقية الراقية.

3الملاحة الدقيقة والعمليات بين النقاط

الطائرات بدون طيار المستخدمة في عمليات التفتيش الصناعية وحماية المحاصيل الزراعية والمسح والاستكشافوالعمليات الأخرى تضع متطلبات عالية للغاية على دقة تحديد موقع الطيران واستقرار مسار الطيرانيمكن دمج بيانات الحركة ذات الدقة العالية من LSM6DSR مع بيانات من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، بيداو، البارومترات وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية لتحقيق الملاحة المتكاملة.هذا يصلح تحديدا أخطاء تحريك موقع جي بي إس، لضمان طيران الطائرة بدون طيار بشكل مستقر على طول مسارات الطيران المحددة مسبقاً وتمكين تحليق ثابت دقيق ، وعمليات دقيقة وإعادة الطيران على المسار ،وبالتالي تحسين دقة وكفاءة التفتيش بشكل فعال، عمليات حماية المحاصيل والمسح.

4. استقرار موقف الطيران و استقرار التصوير الجوي

في تطبيقات الطائرات بدون طيار للتصوير الجوي، يقوم جهاز LSM6DSR باستمرار بتسجيل البيانات عن الاهتزازات الدقيقة والانحرافات في الموقف للجسم الجوي.إرسال هذا إلى نظام استقرار الجهاز و خوارزميات مكافحة الاهتزازات لمراقب الطيرانإنها تعوض في الوقت الحقيقي عن انحرافات الموقف الناجمة عن هزة الجسم والاضطرابات الجوية، مما يساعد الجهاز على تحقيق استقرار ثلاثي المحور.هذا يزيل بشكل فعال هز الكاميرا و عدم التوجيه في اللقطات الجويةيضمن تصوير عالي الوضوح وسلس ، وهو مناسب للتصوير الجوي المهني وإنتاج الأفلام والمسح على ارتفاعات عالية.

5مراقبة الشذوذ وحماية السلامة

يمكن للوحدة مراقبة الموقف غير الطبيعي للطائرة بدون طيار، والاهتزازات العنيفة، والانحرافات المفاجئة، وتأثيرات الاصطدام والظروف الأخرى في الوقت الحقيقي.عندما يتم اكتشاف بيانات الحركة التي تتجاوز عتبات الطيران العادية، يمكن أن يؤدي بسرعة إلى تشغيل آليات حماية السلامة لمراقب الطيران، مما يتيح وظائف مثل تصحيح الموقف، والتحليق في حالة الطوارئ، والعودة إلى المنزل بضغطة واحدة وحماية الهبوط القسري.هذا يقلل بشكل فعال من خطر حوادث الطائرات بدون طيار والأضرار، وبالتالي تعزيز سلامة الطيران.

(في)LSM6DSRحلول تنفيذ الطائرات بدون طيار والنقاط الرئيسية لتحسينها

1تكييف الأجهزة

باستخدام اللحام القياسي LGA-14L المثبت على السطح ، وهو متوافق مع تخطيطات اللوحة الأم لمراقب الطيران الرئيسي. يتواصل مباشرة مع جهاز التحكم الرئيسي عبر واجهات I2C / SPI ،إزالة الحاجة إلى دوائر إضافية لتكييف الإشارة؛ أثناء التثبيت ، ضع الوحدة بعيدة عن المكونات التي تولد حقول كهرومغناطيسية قوية أو اهتزازات ، مثل المحركات و ESCs.استخدام وسائد امتصاص الصدمات لتقليل الاهتزازات الميكانيكية والتداخلات الكهرومغناطيسية إلى الحد الأدنى، وبالتالي تحسين دقة البيانات.

2تحسين الخوارزمية البرمجية

من خلال الاستفادة من قدرات LSM6DSR® متعددة المدى ، يمكن تكييف التكوينات لنماذج طائرات بدون طيار محددة: بالنسبة للطائرات بدون طيار السباقية ، قم بتشغيل نطاق الجيروسكوب ± 4000 ديسبيل لضمان أداء الطيران القصوى.للنموذج المسح والتصوير الجوي، حدد النطاق المتوسط إلى المنخفض لتحسين دقة البيانات؛ الاستفادة الكاملة من وظيفة عازل FIFO وتهيئة وضع قراءة البيانات الشرائح لتقليل الحمل الحسابي على جهاز تحكم الطيران ؛الجمع بين ميزات تعويض درجة الحرارة للوحدة مع خوارزميات تصفية تحكم الطيران المحسّنة لمواصلة قمع الانحراف في درجة الحرارة وتعزيز الاستقرار خلال الرحلات الطويلة.

3تحسين استهلاك الطاقة

استخدام وظيفة إدارة الطاقة الذكية للوحدة لتحديد أنماط التشغيل متعددة المراحل: تمكين وضع عالية الأداء أثناء عمليات الطيران لضمان نقل البيانات في الوقت الحقيقي.التبديل إلى وضع طاقة منخفضة أثناء الارتفاع في حالة الاستعداد لتقليل استهلاك الطاقة الكلي، وبالتالي توازن أداء الطيران مع الصمود.

خلاصة وقيمة التطبيقLSM6DSR

وحدات القصور الدائمة ست LSM6DSR 6 محور iNEMO تلبي بالتحديد المتطلبات الأساسية للطائرات بدون طيار لـ "دقة عالية وديناميكية عالية واستقرار عالية واستهلاك طاقة منخفض".مقارنة مع وحدات IMU التقليدية ذات 6 محاور، مزاياه الأربع الأساسية: نطاق الجيروسكوب الواسع للغاية، تخزين البيانات الذكية،موثوقية درجة السيارات وهندسة معمارية منخفضة الطاقة تعالج بشكل مثالي نقاط الألم في الصناعة مثل عدم قدرة أجهزة الاستشعار القياسية على التعامل مع الطيران المتحرك عالي السرعة، حمولة عالية من وحدة المعالجة المركزية على جهاز التحكم الرئيسي، ضعف القدرة على التكيف مع البيئة واستنزاف كبير للبطارية.

سواء كانت طائرات بدون طيار سباقية من الدرجة الاستهلاكية، طائرات بدون طيار التصوير الجوي عالية الوضوح، أو التفتيش الصناعي من الدرجة وحماية المحاصيلLSM6DSRيوفر أنظمة التحكم في الطيران مع بيانات حركة وموقف مستقرة ودقيقة في الوقت الحقيقي ستة درجات من الحرية، مما يعزز بشكل شامل استقرار طيران الطائرات بدون طيار، واستجابة التحكم،الدقة التشغيلية وسلامة الطيرانوهو حالياً المكون المفضل للاستشعار الثابت لترقية أنظمة التحكم في الطيران بدون طيار والإنتاج الضخم للنماذج عالية الأداء.