Blog về công ty ST LSM6DS3 iNEMO 6DoF Inertial Measurement Unit cho các ứng dụng máy bay không người lái

Công ty TNHH Điện tử Thâm Quyến Mingjiada cung cấp và tái chế bộ đo lường quán tính 6DoF iNEMO của ST Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, , phù hợp cho các ứng dụng máy bay không người lái.

Bộ đo lường quán tính 6DoF sáu trục iNEMO của ST’s Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, tích hợp gia tốc kế ba trục và con quay hồi chuyển ba trục. Nhờ khả năng tích hợp cao, tiêu thụ điện năng thấp, tốc độ lấy mẫu cao và khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, nó đã trở thành giải pháp cảm biến chủ đạo cho các hệ thống điều khiển bay trên máy bay không người lái cấp tiêu dùng và cấp công nghiệp nhẹ, và tương thích rộng rãi với nhiều nền tảng bay khác nhau như máy bay không người lái đa cánh quạt, cánh cố định và máy bay không người lái cất hạ cánh thẳng đứng (VTOL) nhỏ.

I. Tổng quan về các tính năng cốt lõi của chip Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định,

LSM6DS3

4. Máy bay không người lái đào tạo giáo dục và chế tạoHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

đã được xác thực kỹ lưỡng trên thị trường, cung cấp nguồn cung ổn định và tỷ lệ thu hoạch cao. Nó có khả năng chống sốc cơ học tuyệt vời, có khả năng chống rung, tác động khi cất hạ cánh và nhiễu loạn luồng không khí phức tạp gặp phải trong quá trình bay của máy bay không người lái. Đây là thành phần được ưu tiên cho các thiết kế điều khiển bay trên máy bay không người lái cỡ nhỏ và cỡ trung bình và có thể được tích hợp liền mạch với các bộ vi điều khiển điều khiển bay chính thống, chẳng hạn như STM32, để xây dựng các hệ thống cảm biến tư thế hiệu suất cao.Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

(Phiên bản ứng dụng máy bay không người lái)

Các thông số phần cứng của LSM6DS3 được điều chỉnh chính xác theo yêu cầu phát hiện của chuyến bay máy bay không người lái động, cân bằng giữa độ chính xác cao và hiệu suất thời gian thực. Các thông số chính như sau:

- Kiến trúc cảm biến: 6DoF sáu trục kết hợp, bao gồm gia tốc kế ba trục và con quay hồi chuyển ba trục, cho phép thu thập dữ liệu chuyển động đồng bộ mà không có độ trễ hoặc sai lệch dữ liệu

- Phạm vi gia tốc kế: Có thể chọn từ ±2g, ±4g, ±8g hoặc ±16g, phù hợp với các điều kiện bay khác nhau của máy bay không người lái như bay ổn định, thao tác nghiêng nhanh, quay vòng linh hoạt và bổ nhào tốc độ cao

- Phạm vi con quay hồi chuyển: Hỗ trợ điều chỉnh đa cấp độ ±125 dps, ±250 dps, ±500 dps, ±1000 dps và ±2000 dps; cài đặt phạm vi cao có thể nắm bắt chính xác các thay đổi tư thế cực đoan như quay tốc độ cao và xoay vòng

- Tốc độ lấy mẫu: Lấy mẫu tốc độ cao lên đến 1,6 kHz với độ trễ dữ liệu cực thấp, đáp ứng yêu cầu dữ liệu tần số cao cho tính toán tư thế thời gian thực và ổn định động của máy bay không người lái

- Tiêu thụ điện năng: Tiêu thụ dòng điện chỉ 0,90 mA ở chế độ hiệu suất cao; hỗ trợ các chế độ ngủ năng lượng thấp và giám sát luôn bật, giảm đáng kể tiêu thụ điện năng trong điều kiện không tải và bay lơ lửng để kéo dài thời gian bay tổng thể của máy bay không người lái

- Cấu hình bộ nhớ đệm: Bộ đệm dữ liệu FIFO thông minh 4 KB tích hợp có khả năng lưu trữ lượng lớn dữ liệu cảm biến, giảm tần suất đọc của MCU điều khiển chính, giảm tải tính toán cho chip điều khiển bay và ngăn ngừa mất dữ liệu và giật trong chuyến bay tốc độ cao

- Giao diện truyền thông: Tương thích với cả giao diện I²C và SPI, phù hợp với phần lớn các hệ thống điều khiển bay máy bay không người lái, cung cấp khả năng di động phần cứng mạnh mẽ

- Chức năng phụ trợ: Cảm biến nhiệt độ tích hợp để giám sát nhiệt độ hoạt động của chip theo thời gian thực; hoạt động cùng với các thuật toán phần mềm để thực hiện bù trừ độ trôi nhiệt độ, giải quyết sai lệch độ chính xác của cảm biến do chênh lệch nhiệt độ giữa độ cao cao và thấp cũng như nhiệt độ ngoài trời khắc nghiệt

- Đặc điểm vật lý: Đóng gói siêu nhỏ gọn và thiết kế nhẹ; không chiếm quá nhiều không gian trên bảng điều khiển bay và không làm tăng tải trọng tổng thể của máy bay không người láiHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

đối với UAV

1. Cảm biến tư thế có độ chính xác cao, mang lại sự ổn định bay vượt trội Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

sử dụng quy trình sản xuất chính xác MEMS độc quyền của ST, dẫn đến độ trôi điểm không tối thiểu và nhiễu thấp, cho phép thu thập chính xác dữ liệu tư thế nghiêng, nghiêng ngang và quay của UAV trên cả ba trục. Khi kết hợp với các thuật toán tính toán tư thế như lọc Mahony và lọc bổ sung ở đầu điều khiển bay, nó có thể nhanh chóng xuất dữ liệu góc Euler ổn định, cho phép tinh chỉnh tư thế ở cấp độ milimet. Điều này giải quyết hiệu quả các vấn đề phổ biến trên máy bay không người lái cấp tiêu dùng — chẳng hạn như trôi nổi khi bay lơ lửng, rung lắc khi bay và độ trễ lái — nâng cao đáng kể sự ổn định bay.

Đối với các tình huống bay thao tác tốc độ cao, tốc độ lấy mẫu siêu cao 1,6 kHz của nó nắm bắt các thay đổi tư thế tức thời theo thời gian thực mà không bị trễ dữ liệu, đảm bảo hệ thống điều khiển bay phản ứng kịp thời và ngăn ngừa nguy cơ mất tư thế hoặc rơi máy.

2. Thiết kế tiêu thụ điện năng cực thấp để kéo dài thời gian bay của máy bay không người lái

Thời gian bay là một chỉ số hiệu suất cốt lõi của máy bay không người lái và mô-đun cảm biến điều khiển bay là một trong những nguồn tiêu thụ điện năng chính của toàn bộ máy bay. So với các IMU sáu trục truyền thống, LSM6DS3 cung cấp khả năng tiêu thụ điện năng được tối ưu hóa đáng kể, với mức tiêu thụ điện năng cực thấp trong hoạt động bình thường, đồng thời hỗ trợ chuyển đổi năng lượng động. Trong quá trình bay ổn định, chẳng hạn như bay lơ lửng hoặc bay hành trình tốc độ không đổi, nó tự động chuyển sang chế độ năng lượng thấp; trong quá trình bay thao tác hoặc điều chỉnh tư thế, nó tự động chuyển sang chế độ hiệu suất cao, cân bằng giữa độ chính xác cảm biến và kiểm soát tiêu thụ điện năng. So với các cảm biến có cùng thông số kỹ thuật, điều này làm giảm hiệu quả tổng mức tiêu thụ điện năng của máy bay không người lái, do đó gián tiếp kéo dài thời gian bay của nó.

3. Tích hợp cao và nhẹ, phù hợp với thiết kế máy bay không người lái nhỏHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

sử dụng giải pháp tích hợp một chip, sáu trục, không yêu cầu mạch cảm biến phụ trợ ngoại vi. Kiến trúc phần cứng tối giản của nó làm giảm đáng kể kích thước của bảng điều khiển bay và giảm trọng lượng tổng thể của máy bay không người lái, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế cho máy bay không người lái nhẹ trong khi giảm chi phí phát triển phần cứng và đơn giản hóa bố cục PCB.

4. Khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ và độ tin cậy caoHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

có khả năng chống sốc và rung cơ học tuyệt vời, chịu được rung động tần số cao trong quá trình bay để ngăn ngừa biến dạng dữ liệu cảm biến; Cơ chế giám sát nhiệt độ và bù trừ độ trôi tích hợp của nó đảm bảo độ chính xác ổn định trên phạm vi nhiệt độ rộng từ –40°C đến 85°C, làm cho nó phù hợp với các kịch bản hoạt động liên quan đến nhiệt độ thấp ở độ cao lớn, nhiệt độ mùa hè cao và điều kiện thời tiết ngoài trời phức tạp. Hơn nữa, chip cung cấp sự ổn định sản xuất hàng loạt cao mà không bị suy giảm hiệu suất trong quá trình hoạt động lâu dài, đảm bảo độ tin cậy của chuyến bay máy bay không người lái kéo dài.

5. Bộ nhớ đệm thông minh giảm tải và tối ưu hóa hiệu quả tính toán điều khiển bayHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

, cho phép nó hỗ trợ chuyến bay máy bay không người lái tốc độ cao. Trong quá trình lấy mẫu tốc độ cao và tính toán tư thế tần số cao, lượng lớn dữ liệu cảm biến có thể được lưu trữ trong chip, loại bỏ nhu cầu MCU điều khiển chính phải thăm dò và đọc dữ liệu theo thời gian thực. Điều này làm giảm đáng kể tải tính toán và truyền thông của MCU, ngăn ngừa các vấn đề như độ trễ tính toán tư thế và mất điều khiển bay do năng lực tính toán không đủ, do đó nâng cao sự ổn định của toàn bộ hệ thống.Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

trên máy bay không người lái

1. Máy bay không người lái chụp ảnh trên không cấp tiêu dùng

Máy bay không người lái chụp ảnh trên không đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về độ mượt của chuyến bay và sự ổn định của tư thế, vì những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của cảnh quay. Thông qua thu thập dữ liệu sáu trục có độ chính xác cao, LSM6DS3 cho phép bay lơ lửng ổn định, bay tốc độ không đổi theo các tuyến đường được lập trình sẵn và chuyển đổi hướng mượt mà, đàn áp hiệu quả rung động khi bay. Nó cung cấp dữ liệu tư thế chính xác để hỗ trợ ổn định gimbal và chụp ảnh trên không độ nét cao, loại bỏ các vấn đề như cảnh quay bị mờ, rung hoặc lệch. Đồng thời, mức tiêu thụ điện năng thấp của nó kéo dài hiệu quả thời gian bay của máy bay không người lái chụp ảnh trên không, đáp ứng nhu cầu của các hoạt động quay phim kéo dài.

2. Máy bay không người lái FPV và đua nhỏHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

’s tốc độ lấy mẫu siêu cao 1,6 kHz và phạm vi con quay hồi chuyển cực rộng ±2000 dps cho phép nó nắm bắt chính xác các thao tác cực đoan như quay vòng tốc độ cao, quay nhanh và thao tác ở độ cao thấp, cung cấp phản hồi thời gian thực về trạng thái bay. Khi kết hợp với các thuật toán điều khiển bay, nó cho phép hiệu chỉnh tư thế siêu nhanh, đảm bảo sự ổn định và độ chính xác điều khiển trong quá trình bay thao tác, làm cho nó lý tưởng cho các kịch bản đua và nhào lộn.

3. Máy bay không người lái kiểm tra công nghiệp hạng nhẹ

Máy bay không người lái công nghiệp hạng nhẹ được sử dụng để kiểm tra đường dây điện, khảo sát cảnh quan và an ninh đô thị yêu cầu khả năng bay lơ lửng tại các điểm cố định, bay hành trình với tốc độ không đổi và bay tự động theo các tuyến đường được lập trình sẵn. Khả năng cảm biến tư thế ổn định của LSM6DS3, khi kết hợp với các mô-đun định vị GPS/Beidou, cho phép định vị tích hợp có độ chính xác cao. Trong môi trường phức tạp như trong nhà, hẻm núi và rừng rậm nơi tín hiệu GPS không có sẵn, nó chỉ dựa vào dữ liệu cảm biến quán tính để ước tính tư thế trong thời gian ngắn và duy trì chuyến bay ổn định, đảm bảo tính liên tục và độ chính xác của các hoạt động kiểm tra.

4. Máy bay không người lái đào tạo giáo dục và chế tạoHơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

cung cấp khả năng tương thích phần cứng mạnh mẽ, tài nguyên trình điều khiển phong phú và độ phức tạp gỡ lỗi thấp. Khi kết hợp với các bộ vi điều khiển chính thống như STM32 hoặc ESP32, nó cho phép thiết lập nhanh chóng các nền tảng thử nghiệm điều khiển bay, làm cho nó rất phù hợp cho giáo dục máy bay không người lái đại học, phát triển chế tạo và các dự án đào tạo nhúng. Hơn nữa, chip cung cấp giá trị tuyệt vời cho tiền và sản xuất hàng loạt ổn định, làm cho nó lý tưởng cho việc triển khai thiết bị đào tạo với số lượng lớn.Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

1. Cấu hình kiến trúc hệ thống

LSM6DS3 là một IMU sáu trục không có khả năng định vị hướng tuyệt đối; tích hợp quán tính kéo dài có thể dẫn đến trôi hướng. Trong các ứng dụng máy bay không người lái yêu cầu duy trì hướng chính xác và định vị tự động, nên kết hợp nó với từ kế ba trục LIS3MDL để tạo thành hệ thống cảm biến chín trục. Bằng cách sử dụng các thuật toán hợp nhất đa cảm biến để hiệu chỉnh độ trôi hướng, cấu hình này cho phép định vị tư thế có độ chính xác cao, đa hướng. Đối với máy bay không người lái cấp nhập cảnh được thiết kế để bay lơ lửng cơ bản và bay tầm ngắn, LSM6DS3 có thể được sử dụng một mình để giảm chi phí phần cứng.

2. Tối ưu hóa bố cục phần cứng

Khi thiết kế PCB điều khiển bay, LSM6DS3 nên được đặt tại trọng tâm của máy bay không người lái, tránh xa các thành phần như động cơ và ESC tạo ra rung động tần số cao và nhiễu điện từ, để giảm thiểu tác động của rung cơ học và nhiễu điện từ lên dữ liệu cảm biến; cần thực hiện nối đất và che chắn đúng cách để đảm bảo độ chính xác thu thập dữ liệu.

3. Thích ứng thuật toán phần mềm

Sử dụng dữ liệu nhiệt độ tích hợp của chip để kết hợp bù trừ độ trôi nhiệt độ vào các thuật toán, do đó giải quyết sai lệch độ chính xác trong môi trường nhiệt độ cao và thấp; tận dụng tối đa chức năng bộ đệm FIFO và cấu hình chế độ đọc dữ liệu theo lô để giảm tải MCU; chuyển đổi phạm vi cảm biến theo kịch bản bay của máy bay không người lái — sử dụng phạm vi ngắn cho chuyến bay ổn định để tăng độ chính xác và phạm vi dài cho chuyến bay thao tác để mở rộng phạm vi phát hiện, do đó đạt được sự cân bằng giữa độ chính xác và khả năng thích ứng.Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3

(IMU), với những ưu điểm toàn diện về tích hợp cao, độ chính xác cao, tiêu thụ điện năng thấp, độ ổn định cao và khả năng thích ứng mạnh mẽ, đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu điều khiển bay của nhiều loại máy bay không người lái cỡ nhỏ và cỡ trung bình. So với các thiết bị IMU truyền thống, nó mang lại những lợi thế đáng kể về tốc độ lấy mẫu, kiểm soát tiêu thụ điện năng, khả năng chống nhiễu và tích hợp phần cứng. Nó không chỉ đáp ứng các yêu cầu về trọng lượng nhẹ, thời lượng pin dài và độ ổn định cao trên máy bay không người lái cấp tiêu dùng, mà còn phù hợp với nhu cầu điều khiển tư thế chính xác và hoạt động trong môi trường phức tạp của máy bay không người lái công nghiệp nhẹ.Hơn nữa, được hỗ trợ bởi hệ sinh thái công nghệ toàn diện của ST, mã nguồn trình điều khiển phong phú và khả năng cung cấp sản xuất hàng loạt ổn định, LSM6DS3