Blog dell'azienda ST LSM6DSOWTR High-Performance iNEMO 6DoF 6-Axis IMU per applicazioni con droni

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. fornisce e ricicla l'unità di misura inerziale (IMU) iNEMO a 6 gradi di libertà (6DoF) ad alte prestazioni ST LSM6DSO, adatta per applicazioni di droni.I. Architettura Core e Parametri Hardware di Base del Chip LSM6DSO

L'LSM6DSO utilizza la collaudata tecnologia di sensori MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) di ST, caratterizzata da un'integrazione monolitica di un accelerometro 3D e un giroscopio 3D. Non richiede unità di sensori ausiliarie esterne, consentendo a un singolo chip di acquisire dati di movimento a sei gradi di libertà. Ciò semplifica notevolmente l'architettura hardware del controllo del volo degli UAV, riduce le dimensioni della scheda circuitale e abbassa il consumo energetico complessivo e i costi hardware. Il chip utilizza un compatto package LGA-14, offrendo un'eccellente stabilità termica e resistenza alle vibrazioni meccaniche, rendendolo adatto alle condizioni di volo dei droni caratterizzate da vibrazioni ad alta frequenza e temperature alternate alte e basse. Supporta inoltre processi di saldatura a riflusso automatizzati, soddisfacendo i requisiti per la produzione di massa su larga scala.- Prestazioni del giroscopio: Supporta la commutazione multi-range, con un intervallo di misurazione che copre da ±125 dps a ±2000 dps. Ciò consente di gestire vari stati di volo, inclusi il volo stazionario stabile a bassa velocità, le manovre ad alta velocità e le virate rapide. La modalità ad alto range cattura accuratamente i cambiamenti estremi dell'assetto di volo, eliminando i problemi di saturazione della misurazione dinamica; Dotato di una catena di lettura completamente differenziale e di una struttura meccanica simmetrica, sopprime efficacemente le interferenze da vibrazione e riduce gli errori di misurazione causati dalle vibrazioni di volo.

- Prestazioni dell'accelerometro: Supporta il rilevamento di accelerazione multi-range, consentendo un rilevamento preciso dei cambiamenti di movimento lineare nella salita e discesa verticale del drone, nella traslazione orizzontale e nell'inclinazione dell'assetto, fornendo dati accurati per la compensazione dell'altitudine, la correzione della posizione e la calibrazione del riferimento dell'assetto.- Interfacce di comunicazione ad alta velocità: Dotato di serie di doppie interfacce di comunicazione I²C/SPI, con elevate velocità di trasmissione e bassa latenza dei dati, può trasmettere dati del sensore inerziale in tempo reale all'unità principale del controller di volo, soddisfacendo i requisiti di tempo reale per il calcolo dell'assetto ad alta frequenza nei droni; un'interfaccia SPI ausiliaria dedicata può emettere indipendentemente dati anti-shake, rendendola adatta per sistemi di stabilizzazione dell'immagine nei droni per fotografia aerea.

II. Vantaggi Tecnici Core dell'LSM6DSO per Applicazioni DroneDurante il volo del drone, molteplici fonti di interferenza, come vibrazioni del motore ad alta frequenza, disturbi del flusso d'aria e fluttuazioni estreme di temperatura all'esterno, possono facilmente causare deriva e distorsione dei dati nei calcoli dell'assetto per IMU standard. L'LSM6DSO utilizza un'architettura meccanica MEMS ottimizzata e una tecnologia di acquisizione del segnale differenziale, offrendo un'eccezionale soppressione delle vibrazioni e stabilità termica. Filtra efficacemente il rumore di misurazione causato dalle vibrazioni di volo e dalle fluttuazioni della temperatura ambientale, riducendo significativamente gli errori di deriva del punto zero. Anche in scenari complessi come il volo ad alta velocità, le virate brusche e le turbolenze a bassa quota, mantiene la continuità e l'accuratezza dei dati del sensore, garantendo un assetto stabile del drone e prevenendo problemi come deriva, ribaltamento e perdita di controllo.

2. Capacità di edge computing integrate per ridurre il carico sul processore principale del controller di volo

Il chip è dotato della Finite State Machine (FSM) proprietaria di ST e del Machine Learning Core (MLC), che supportano l'edge computing a livello di sensore. Può eseguire attività di pre-elaborazione, come il riconoscimento dello stato di movimento, il rilevamento di anomalie dell'assetto e l'analisi dei dati di vibrazione, direttamente all'interno del chip, senza fare affidamento sulla potenza di elaborazione principale del controller di volo. Rispetto agli IMU tradizionali, che emettono solo dati grezzi, l'LSM6DSO può emettere direttamente risultati strutturati di valutazione dell'assetto. Ciò riduce significativamente il carico di elaborazione dei dati sul controller principale, migliora la velocità di risposta del sistema di controllo del volo e contemporaneamente riduce il consumo energetico complessivo dell'aeromobile, rendendolo adatto alle configurazioni semplificate del controller principale degli UAV leggeri.

3. Bassa latenza e alta frequenza di aggiornamento garantiscono un controllo di volo fluido

La regolazione dell'assetto del drone richiede una risposta dei dati a livello di millisecondi; una latenza eccessiva può portare a ritardi nel controllo e a un volo scattoso. L'LSM6DSO presenta una frequenza di aggiornamento dei dati ultra-elevata, unita a un'interfaccia di trasmissione SPI ad alta velocità, che consente l'acquisizione in tempo reale, la trasmissione rapida e l'aggiornamento sincrono dei dati inerziali. Se combinato con algoritmi di controllo del volo, consente una regolazione dell'assetto in loop chiuso ad alta frequenza, con conseguente volo stazionario più fluido, virate più precise e controllo più reattivo, migliorando così significativamente l'esperienza di controllo del volo e la stabilità di volo.

4. Compatto e leggero, soddisfa i requisiti di integrazione estrema dei droni

I piccoli droni per fotografia aerea, i droni da corsa FPV e i droni di ispezione portatili impongono requisiti rigorosi sullo spazio e sul peso della cellula. L'LSM6DSO utilizza un micro-package LGA-14, che è compatto ed estremamente leggero. Ciò massimizza il risparmio di spazio sulla scheda di controllo del volo e riduce il peso complessivo dell'aeromobile, facilitando progetti di droni leggeri e compatti senza compromettere le prestazioni del sensore. È adatto ai requisiti di integrazione hardware di vari droni di livello consumer e piccoli droni industriali.

In quanto unità di rilevamento principale del sistema di controllo del volo, l'LSM6DSO raccoglie dati in tempo reale sulla velocità angolare a tre assi e sull'accelerazione a tre assi del drone. Attraverso algoritmi di calcolo dell'assetto, emette informazioni precise sugli angoli di beccheggio, rollio e imbardata, supportando il volo stazionario automatico, la calibrazione orizzontale e la regolazione dell'equilibrio dell'assetto. Costituisce il nucleo fondamentale del volo stabile del drone e risolve efficacemente i problemi di controllo dell'assetto in ambienti privi di GPS.

2. Stabilizzazione dell'Immagine per Fotografia Aerea e Assistenza Visiva3. Volo Intelligente e Monitoraggio dello Stato

Sfruttando il suo core di machine learning MLC integrato, il chip consente il riconoscimento intelligente dello stato di movimento del drone, identificando accuratamente manovre come volo stazionario, volo, picchiate, virate e arresti improvvisi, supportando così funzioni intelligenti come il mantenimento intelligente dell'altitudine, il volo a punto fisso e il volo su rotta. Allo stesso tempo, può monitorare in tempo reale le vibrazioni anomale del motore e le deviazioni dell'assetto della cellula, consentendo la previsione dello stato di volo e gli avvisi di anomalie, migliorando così la sicurezza del volo del drone.

4. Navigazione Ausiliaria e Correzione della PosizioneIV. Valore Core dell'LSM6DSO per Applicazioni Drone

Rispetto ad altri chip IMU a sei assi della stessa classe, l'ST LSM6DSO offre quattro vantaggi chiave nelle applicazioni di droni: prestazioni, consumo energetico, intelligenza e costo. In primo luogo, la sua alta precisione, bassa deriva e forte resistenza alle vibrazioni sono perfettamente adatte alle complesse condizioni di volo dei droni, migliorando significativamente la stabilità e la sicurezza di volo; in secondo luogo, il suo design a consumo energetico ultra-basso estende efficacemente l'autonomia di volo del drone, soddisfacendo i requisiti fondamentali dei droni leggeri; in terzo luogo, le sue capacità di edge computing integrate semplificano lo sviluppo di algoritmi di controllo del volo, abbassando le barriere all'ingresso per l'hardware di controllo principale e riducendo i costi di R&S; in quarto luogo, il suo packaging compatto facilita l'integrazione in varie configurazioni hardware di droni, bilanciando prestazioni e fattibilità della produzione di massa.

Grazie a questi vantaggi completi, l'LSM6DSO è stato ampiamente adottato in una serie di prodotti, tra cui droni per fotografia aerea di livello consumer, droni da corsa, piccoli droni di ispezione industriale e droni di sicurezza interni. È la scelta preferita per unità di misura inerziale a sei assi convenienti e altamente affidabili nei sistemi di controllo del volo per droni di piccole e medie dimensioni.