一文圖解無人機飛行的內部運作

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開關按鈕按下時，其實僅僅啟動了機身電源管理和通信模塊，這兩個都是nRF51 SOC芯片控制的。

nRF51系列是由挪威公司Nordic Semiconductor生產的系統(tǒng)級芯片（SoC）。這些芯片主要應用于低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy, BLE）以及其他2.4GHz無線通信技術的產品中。

nRF51系列芯片是個片上系統(tǒng)，system on chip，SOC，包括了處理器、無線電收發(fā)器、存儲器和其他外圍設備。其處理器并不強大，一般是ARM Cortex-M0內核，其運行頻率為48-72MHz。這意味著該處理器可以在每秒執(zhí)行4800萬條指令以上。

這個主頻很低（97年的賽揚300主頻是300MHZ），但處理通信和電源管理，對于小型無人機夠用了。

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開關打開又接到起飛指令后，nRF51會通過syslink或者UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發(fā)傳輸器，是一種在串行通信中廣泛應用的硬件接口）發(fā)布指令，來啟動主控芯片和各種傳感器。

UART實際上讀者用的有線鼠標鍵盤就是UART，操控鼠標鍵盤的速度和靈敏程度可以直觀地說明，數據帶寬對轉發(fā)解碼后的通信指令和電源管理是足夠的。

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慣導MPU-9250，定高LPS25H和主控STM32,MPU-9250是一個9軸慣性測量單元（IMU），包括陀螺儀、加速度計和磁力計。壓力傳感器LPS25H來估計高度。大氣壓力每下降約1 hPa，高度大約增加8.25米。LPS25H傳感器的絕對壓力精度為±0.5 hPa（百帕），對應大約±5米的高度變化（根據標準大氣模型）。所以定高并不精確。

大部分處理工作在主微控制器（STM32）上完成。它運行FreeRTOS作為操作系統(tǒng)，狀態(tài)估計和姿態(tài)控制以250 Hz的頻率執(zhí)行。從這一主頻來看，應該是F7系列的高端STM32。

表1-STM32各系列主要信息對比

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電調在哪里？沒有，飛控兼任了。電子調速器用來控制電機的速度和方向。其實也就是控制整個無人機的姿態(tài)。因為四旋翼無人機方向和速度以及姿態(tài)包括翻滾，都是不同旋翼不同速度和方向造成的，

STM32可以用于控制無人機的電調（Electronic Speed Controller, ESC），雖然通常情況下，STM32作為主控芯片主要負責整體飛行控制和傳感器數據處理，而ESC則專門用于調節(jié)電機速度。在某些低成本設計中，STM32也可以直接生成PWM信號來驅動ESC，從而實現對電機的速度控制。本文用的實際上是一款30克重的微型無人機，不僅僅是成本，重量和空間還有功耗也限制了專門安裝獨立電調。

現實中，STM32可以通過其定時器模塊產生多路PWM輸出，這使得它能夠同時控制多個電機。例如，STM32F1系列單片機可以輸出不同頻率的PWM信號來直接驅動電機。頻率的選擇取決于具體的電機要求。此外,一些高級應用中還會使用FOC（Field-Oriented Control）算法來更精確地控制無刷電機。

所以買到沒有獨立電調的無人機也不奇怪。順便說一句，電調里面也是有芯片的，而且現代高性能電調還可能集成更復雜的算法，如磁場定向控制（Field-Oriented Control, FOC）市場上大多數電調使用ATMEL、Silabs和ARM，Busybee的處理器。不同的處理器具有不同的規(guī)格和功能，并且受不同的固件支持。

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航點setpoint的必要性。Setpoint是指無人機在飛行過程中需要保持的目標位置或姿態(tài)（推力thrust）。通過設定setpoint，飛控系統(tǒng)可以根據當前位置與目標位置之間的偏差進行調整，確保無人機能夠穩(wěn)定地保持在預定的航路點或飛行路徑上。

在視距內，直接控制是可行的。但是一些特殊任務需要航點：如航拍、測繪或巡檢，無人機需要按照預設的航線飛行依次通過預設航點最基本的航點是起飛點，當無人機需要返回起飛點時，setpoint可以幫助無人機準確地回到設定的返航點。

圖1 微型無人機的內部芯片和運行[1]

引用聲明：

[1]公開發(fā)表論文