Blog về công ty ST ASM330LHH Đơn vị đo quán tính 6 trục ô tô cho máy bay không người lái

Công ty TNHH Điện tử Thâm Quyến Mingjiada cung cấp và tái chế bộ đo lường quán tính 6 trục cấp ô tô ST ASM330LHH, phù hợp cho các ứng dụng máy bay không người lái.

I. Tổng quan về thiết bị ASM330LHH

Thiết bị ASM330LHH là một bộ đo lường quán tính MEMS 6 trục cấp ô tô đạt tiêu chuẩn AEC‑Q100 (IMU), tích hợp gia tốc kế ba trục và con quay hồi chuyển ba trục trên một chip duy nhất. Thiết bị sử dụng gói hệ thống trong gói (SiP) LGA‑14 (2,5 × 3,0 × 0,83 mm) và có dải nhiệt độ rộng, nhiễu thấp và khả năng xuất dữ liệu sáu trục đồng bộ. Ban đầu được phát triển cho các ứng dụng ước tính vị trí trong xe, độ tin cậy cấp ô tô của nó cho phép thiết bị được điều chỉnh để sử dụng trong các ứng dụng điều khiển bay, ước tính tư thế và hỗ trợ dẫn đường quán tính cấp công nghiệp cho máy bay không người lái.

II. Các thông số điện và cảm biến chính của ASM330LHH

1. Gia tốc kế (ba trục)

- Dải đo toàn thang đo có thể lựa chọn: ±2 g / ±4 g / ±8 g / ±16 g

- Mật độ nhiễu thấp tới 60 µg/√Hz, với bù nhiệt tích hợp để giảm thiểu trôi nhiệt độ

2. Con quay hồi chuyển (ba trục)

- Dải vận tốc góc: ±125 đến ±4000 dps, với nhiều cài đặt cấu hình để đáp ứng các điều kiện bay có độ cơ động cao và quay tốc độ cao trên UAV

- Mật độ nhiễu con quay hồi chuyển là 5 mdps/√Hz, đảm bảo độ chính xác cao trong tính toán tư thế

3. Điều kiện hoạt động

- Nguồn cấp: 1,71–3,6 V

- Dải nhiệt độ: –40 °C đến +105 °C, phù hợp cho hoạt động máy bay không người lái ngoài trời ở nhiệt độ cao và thấp

- Chế độ: Có thể chuyển đổi giữa chế độ hiệu suất cao và chế độ năng lượng thấp; mức tiêu thụ điện năng điển hình ở chế độ hiệu suất cao là 1,3 mA

4. Giao diện kỹ thuật số: I²C, SPI, MIPI I3C, cho phép kết nối trực tiếp với MCU điều khiển bay; xuất dữ liệu cảm biến đồng bộ hóa phần cứng sáu kênh

5. Tài nguyên trên chip: Bộ đệm FIFO 3 KB, máy trạng thái hữu hạn (FSM) có thể lập trình, lõi học máy (MLC); hỗ trợ ngắt sự kiện chuyển động và phát hiện chuyển động/đứng yên, giảm tải tính toán cho bộ điều khiển chính

6. Độ tin cậy: Chứng nhận cấp ô tô AEC‑Q100, đóng gói tuân thủ RoHS; không phải là thiết bị an toàn chức năng theo tiêu chuẩn ISO 26262; không dành để sử dụng trong các chuỗi quan trọng về an toàn.

III. Phân tích các tính năng chính của ASM330LHH

1. Lấy mẫu đồng bộ hóa phần cứng sáu trục

Đầu ra của gia tốc kế và con quay hồi chuyển được căn chỉnh thời gian, loại bỏ độ trễ thời gian lấy mẫu phần mềm và nâng cao độ chính xác của bộ lọc tư thế máy bay không người lái và thuật toán hợp nhất EKF (Bộ lọc Kalman mở rộng); điều này kéo dài thời gian duy trì tư thế quán tính thuần túy khi mất tín hiệu GPS. STMicroelectronics.

2. Bù nhiệt tích hợp

Do sự thay đổi nhiệt độ đáng kể giữa ngày và đêm mà máy bay không người lái gặp phải khi hoạt động ngoài trời, chip tích hợp cơ chế bù nhiệt tích hợp để giảm thiểu trôi nhiệt độ, giảm sự dịch chuyển góc tư thế do nhiệt độ gây ra và giảm chi phí hiệu chỉnh cho các thuật toán tiếp theo.

3. Cấu hình dải đo linh hoạt

Đối với các điều kiện hoạt động khác nhau — chẳng hạn như bay lơ lửng, thao tác tốc độ cao, và xoay tròn — dải đo có thể được chuyển đổi qua phần mềm: dải đo nhỏ được sử dụng để bay lơ lửng nhằm đạt được độ nhạy cao hơn; đối với bay nhào lộn, chuyển sang dải đo lớn ±2000/±4000 dps sẽ ngăn chặn hiện tượng bão hòa và tràn cảm biến.

4. Công cụ thông minh trên chip FSM+MLC

Phát hiện rung động và nhận dạng sự kiện tư thế có thể được thực hiện ngay trong cảm biến, loại bỏ nhu cầu thăm dò liên tục bởi bộ điều khiển chính; điều này phù hợp cho việc giám sát rung động máy bay không người lái và cảnh báo sớm mất kiểm soát/rơi, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng tổng thể của hệ thống.

5. Chế độ tiêu thụ điện kép

Chế độ hiệu suất cao được bật trong quá trình bay để đảm bảo tốc độ lấy mẫu; chế độ năng lượng thấp có thể được chuyển sang trong thời gian chờ hoặc bay lơ lửng để tối ưu hóa thời lượng pin của máy bay không người lái.

IV. Tóm tắt về ASM330LHH cho các ứng dụng UAV

Phù hợp cho các ứng dụng UAV

- Tính toán tư thế cho điều khiển bay và hỗ trợ dẫn đường quán tính, đóng vai trò là phương án dự phòng tư thế trong trường hợp mất tín hiệu GNSS (GPS/Beidou);

- UAV đa rôto và cất hạ cánh thẳng đứng (VTOL) hoạt động trong môi trường ngoài trời có nhiệt độ cao và thấp;

- Giám sát rung động UAV và phát hiện sự kiện tư thế khung máy bay;

- Hoạt động kết hợp với các MCU dòng STM32 để triển khai các thuật toán hợp nhất cảm biến, xuất ra các góc tư thế ổn định.

Ưu điểm so với IMU cấp tiêu dùng

So với IMU 6 trục cấp tiêu dùng tiêu chuẩn, ASM330LHH đã trải qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt cấp ô tô, mang lại hiệu suất ổn định hơn trong dải nhiệt độ rộng, cũng như thông số nhiễu và trôi nhiệt độ vượt trội. Thiết bị phù hợp cho các máy bay không người lái công nghiệp và chuyên dụng trong các tình huống yêu cầu độ tin cậy cao, mặc dù điều này đi kèm với chi phí linh kiện cao hơn so với các thiết bị MEMS cấp tiêu dùng.