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如何使用SiP無人機控制器快速提高無人機性能并延長飛行時間
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發(fā)表時間：2020-11-03 14:31:11【小中大】
隨著越來越多的由電池供電的無人機飛向天空，無人機制造商面臨競爭壓力，要求他們擴展設(shè)計的功能和性能，同時將功耗降至最低，以延長飛行時間。為了滿足市場需求，設(shè)計人員正在添加更精確，更精確的加速度計和陀螺儀，并升級相關(guān)固件以利用改進后的傳感器。無人機的物理功能也在不斷擴展，以包括攜帶包裝和設(shè)備，這需要改進的穩(wěn)定性和空氣制動程序來應(yīng)對增加的重量。
設(shè)計人員面臨的問題是，無人機的重量增加以及計算需求的增加會增加功耗，進而減少給定電池尺寸下的飛行時間。其他功能，特性和相關(guān)的電子設(shè)備也增加了開發(fā)時間和測試成本。
該解決方案具有更高的集成度。本文將介紹Octavo Systems提供的系統(tǒng)級封裝（SiP）解決方案，該解決方案基本上是一臺小型無人機計算機。本文將展示如何使用這種獨立解決方案的功能來節(jié)省大量空間并減輕重量，以延長飛行時間，同時還能降低物料清單（BOM），庫存，開發(fā)時間和測試成本。
無人機技術(shù)
無人機的應(yīng)用范圍不斷擴大，從面向消費者的小型無人機（帶有用于家庭照片或友好比賽的照相機）一直到更具挑戰(zhàn)性的角色，例如為快遞員提供包裹，為牧場主跟蹤牲畜，為農(nóng)民監(jiān)測農(nóng)作物，監(jiān)測變化環(huán)保主義者的海岸線，急救人員的搜索和救援行動。無論應(yīng)用如何，電池壽命（與飛行時間有關(guān)）都是選擇無人機的最關(guān)鍵因素之一。
電池續(xù)航時間顯然與無人機的重量有關(guān)，因此，無人機使用最輕的材料，可以在動力飛行的壓力和壓力下維持飛機的框架。對輕量級的關(guān)注從結(jié)構(gòu)完整性一直延伸到控制無人機的電子設(shè)備。
為了獲得適當(dāng)?shù)娘w行動力，必須通過平均分配框架和機載電子組件的重量來適當(dāng)平衡無人機。電子設(shè)備越小，平衡無人機重量就越容易。理想情況下，重心位于飛機的物理中心。任何重量失衡，無論多么小，都必須通過調(diào)整螺旋槳速度來補償，隨著時間的推移，這些調(diào)整會消耗額外的動力，并浪費用戶寶貴的飛行時間。
消費者和大多數(shù)商用無人機都使用Wi-Fi技術(shù)進行控制和數(shù)據(jù)傳輸。無人機可以飛得越遠(yuǎn)，Wi-Fi無線電必須輸出的功率越多，以使其保持與控制器的接觸，這就是電池的另一次耗電。
無人機傳感器和處理
在無人機制造商尋求減輕系統(tǒng)重量和成本的同時，用戶渴望獲得更多功能和更高性能，從而使無人機及其固件更加復(fù)雜。這增加了車載電子設(shè)備的數(shù)量和重量，同時也影響了無人機的平衡。
例如，無人機通常使用各種微機電系統(tǒng)（MEMS）和其他傳感器來維持穩(wěn)定的飛行，同時監(jiān)視航向和速度（圖1）。全球定位系統(tǒng)（GPS）模塊用于確定飛機的位置和方向；陀螺儀用于測量俯仰和偏航；加速度計可測量無人機的加速度和沖擊力；氣壓計用于測量氣壓，以幫助確定當(dāng)前大氣條件下的最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速。較低的氣壓需要更快的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，而較高的氣壓則需要更低的轉(zhuǎn)速；攝像頭和接近傳感器可實現(xiàn)障礙物檢測和躲避。同樣，出于安全原因，可以使用多個冗余傳感器。
這些傳感器中的每一個的輸出都饋送到操作無人機的微控制器。微控制器必須處理所有這些傳感器輸入，并使用它們來確定為驅(qū)動螺旋槳的耗電的無刷直流（BLDC）電機供電的最有效方法。但是，隨著傳感器技術(shù)的逐年提高，無人機制造商正在將最新，最準(zhǔn)確，最高精度的傳感器安裝在最新的無人機上。為了利用這些傳感器的增強功能，這需要更復(fù)雜的固件。此外，飛行控制固件一直在改進，特別是對于自動駕駛無人機。所有這些改進不僅增加了固件的數(shù)量，而且還需要增強的處理能力和顯著更多的內(nèi)存才能準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)。
不斷擴展的電子產(chǎn)品和功能性要求工程師提出一種低功耗，小尺寸的解決方案，該解決方案可以滿足不斷增長的需求，同時將開發(fā)和測試成本降至最低。
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