Blog dell'azienda ST LSM6DSR Moduli iNEMO-inerziali a 6 assi per applicazioni con droni

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. fornisce e ricicla la STLSM6DSRModulo inerziale iNEMO a 6 assi, adatto alle applicazioni di droni.

I sistemi di controllo del volo dei droni sono dotati di un'unità di misurazione inerziale (IMU) che è il componente centrale per la stima dell'atteggiamento, la stabilizzazione della rotta e la precisione della navigazione.velocità di risposta dinamica e immunità alle interferenze determinano direttamente la stabilità di volo e la sicurezza operativa del drone. STLSM6DSRIl modulo inerziale intelligente iNEMO a 6 assi integra un accelerometro digitale ad alta precisione a 3 assi e un giroscopio digitale ad altissimo raggio a 3 assi.architettura a bassa potenza, capacità intelligenti di elaborazione dei dati e capacità di adattamento a ambienti difficili, è perfettamente adatto a una vasta gamma di modelli di droni, compresi i droni da corsa di categoria consumer,droni per ispezioni industriali, droni per la protezione delle colture e piccoli droni per la fotografia aerea, che lo rendono il componente di rilevamento inerziale preferito per i moderni sistemi di controllo di volo dei droni.

I. Vista d'insieme dei principali aspetti dellaLSM6DSRProdotto

L'LSM6DSR è la nuova generazione di moduli di misurazione inerziale iNEMO MEMS ad alte prestazioni di ST.può acquisire dati di movimento spaziale in sei dimensioni senza la necessità di sensori ausiliari esterni, risolvendo così completamente i problemi di grande dimensione, deviazione del segnale e scarsa compatibilità associati alle soluzioni tradizionali multi-chip.Il modulo utilizza il processo di produzione MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) dimostrato da ST. Attraverso la calibrazione di fabbrica ad alta precisione, riduce efficacemente la deriva della temperatura e la deriva del punto zero.con una resistenza eccezionale alle vibrazioni e agli urti, nonché un ampio intervallo di temperatura di esercizio, che lo rende adatto alle difficili condizioni di volo incontrate dai droni, quali alte altitudini, alte velocità e correnti d'aria complesse.

L'hardware è confezionato in un design compatto di montaggio superficiale LGA-14L, che è sia piccolo che leggero, riducendo al minimo il carico sulla cellula del drone.Risponde ai severi requisiti per la miniaturizzazione e il basso carico utile dei droni da corsa e dei droni leggeri per la fotografia aerea, pur semplificando la struttura hardware della scheda principale del controllo di volo e riducendo i costi di produzione di massa e di depurazione.

II. Parametri chiave dellaLSM6DSR

La configurazione dei parametri LSM6DSR è ottimizzata per scenari che comportano movimenti di droni ad alta velocità, drastici cambiamenti di atteggiamento e forti interferenze dinamiche.I suoi parametri di prestazione principali sono adattati ai requisiti degli algoritmi di controllo del volo dei droni, come specificato di seguito:

1. Giroscopio (3 assi)

- gamma di misurazione ultra-ampio: supporta la regolazione in più passaggi di ±125/±250/±500/±1000/±2000/±4000 dps.che consentono la cattura perfetta di rotoli ad alta velocità, curve ad alta velocità, immersioni a rotazione e altre manovre estreme, eliminando completamente problemi come la perdita di dati sull'atteggiamento e la perdita di controllo del volo causati dalla saturazione del segnale dei sensori

- Alta risposta dinamica: supporta velocità di output di dati ultra elevate con aggiornamenti di atteggiamento in tempo reale,che consentono di catturare con precisione i cambiamenti di atteggiamento a livello di millisecondi per soddisfare i requisiti di calcolo in tempo reale del volo dinamico di droni ad alta velocità

- Caratteristiche di bassa deriva: l'algoritmo di compensazione della temperatura integrato riduce significativamente la deriva del punto zero in ambienti ad alta e bassa temperatura;assicurando l'assenza di deviazioni di posizione o di deviazioni di rotta durante voli prolungati

2Accelerometro (3 assi)

- Adattabilità a più intervalli: supporta la commutazione tra quattro intervalli di misura (±2g, ±4g, ±8g e ±16g), soddisfacendo i requisiti di acquisizione dei dati di accelerazione per varie condizioni di volo,compresi i normali voli stabili, manovre ad alta velocità, impatti di immersione e ammortizzazione di atterraggio

- elevata precisione di campionamento: una progettazione di campionamento a basso rumore filtra efficacemente i segnali acustici causati dalle vibrazioni del motore del drone e dai disturbi del flusso d'aria;garantire una posizione orizzontale precisa durante il volo statico e il volo a bassa velocità

3. Parametri di base generali

- Consumo di energia ultra-basso: consumo combinato di potenza di soli 1,2 mA in modalità ad alte prestazioni; supporta la gestione intelligente della potenza dinamica,con una velocità di rallentamento automatica per risparmiare energia durante i periodi di inattività, prolungando efficacemente la durata della batteria del drone

- Buffer FIFO intelligente: dispone di un buffer FIFO hardware di alta capacità di 9 KB integrato in grado di memorizzare in cache i dati relativi all'atteggiamento, alla temperatura e al timestamp,riducendo in modo significativo il carico di lettura e elaborazione dei dati sul chip principale del controllore di volo, e prevenzione della perdita di dati e balbuzie durante il volo ad alta velocità

- Ampia gamma di temperature di esercizio: gamma di temperature di esercizio da -40°C a +85°C, adatta a condizioni di bassa temperatura in alta quota, caldo intenso d'estate,e complesse fluttuazioni della temperatura esterna, garantendo un funzionamento stabile in tutte le condizioni meteorologiche

- Interfacce di comunicazione: supporta i protocolli di comunicazione standard I2C e SPI, compatibili con i chip principali dei principali controllori di volo dei droni (STM32, ESP32, ecc.),offrendo una eccezionale adattabilità

III. Vantaggi tecnici distintivi delLSM6DSR

1. gamma dinamica ultra elevata, adatta a scenari di volo estremi

I giroscopi IMU convenzionali a sei assi hanno una gamma massima di soli ± 2.000 dps, che è insufficiente per supportare i giri ad alta velocità,ruoli continui e altre manovre intense di droni da corsa e da corsa con FPV, rendendoli molto soggetti a saturazione dei dati e a errori di calcolo dell'atteggiamento.requisiti essenziali per i droni manovrabili ad alta velocità- copre pienamente l'acquisizione di dati di velocità angolare per tutte le manovre di volo estreme, garantendo che i dati di atteggiamento rimangano completi e validi anche durante movimenti violenti,eliminando così il rischio di instabilità di volo a livello hardware.

2. Scarico intelligente dei dati per migliorare la stabilità del controllore di volo

Durante il volo dei droni, l'acquisizione ad alta frequenza dei dati di posizione e il calcolo in tempo reale impongono un enorme carico di calcolo al controllore principale.LSM6DSRè dotato di una cache intelligente FIFO hardware da 9 KB che gestisce autonomamente l'imballaggio, la classificazione e la memorizzazione temporanea dei dati,eliminare la necessità per il controllore principale di indagare e leggere i dati in tempo realeCiò libera significativamente la potenza di elaborazione del controllore principale, consentendo al sistema di controllo del volo di concentrarsi sugli algoritmi di base come il calcolo dell'atteggiamento, la regolazione del PID e la pianificazione della navigazione.migliorando così efficacemente la velocità di risposta al volo e la fluidità del controllo riducendo al contempo il consumo di energia del dispositivo.

3Forte resistenza alle interferenze e alta affidabilità, adatta a condizioni operative complesse

Durante il volo, i droni sono costantemente esposti a vibrazioni motrici ad alta frequenza, risonanza della cellula, impatti sul flusso d'aria e fluttuazioni di temperatura;I sensori ordinari sono soggetti a problemi come il rumore elevato dei dati, gravi deviazioni e malfunzionamenti operativi.L'LSM6DSR ha subito un'ottimizzazione professionale della soppressione delle vibrazioni e dispone di un circuito di filtraggio hardware integrato che filtra efficacemente il rumore delle vibrazioni meccaniche■ inoltre, i suoi standard di affidabilità di livello automobilistico garantiscono un'eccellente resistenza agli urti e alle fluttuazioni di temperatura,fornire prestazioni stabili senza degrado significativo della precisione anche durante operazioni di volo all'aperto e ad alta intensità prolungate.

4Basso consumo energetico e design leggero, ottimizzando la resistenza generale al volo e la capacità di carico utile

I droni sono estremamente sensibili al peso della fusoliera e al consumo di energia; i sensori troppo pesanti riducono la manovrabilità di volo e riducono la durata di volo.LSM6DSRutilizza un pacchetto di chip ultracompatto e leggero, senza periferiche ridondanti, e incorpora anche una tecnologia di gestione dinamica dell'energia,che cambia in modo adattivo le modalità operative in base alle condizioni di volo: ridurre il consumo di energia durante la navigazione stazionaria, mentre si opera a piena capacità durante il volo manovrabile, massimizzando così l'efficienza energetica del sistema, garantendo al contempo elevate prestazioni,migliorando così la resistenza al volo e la capacità di carico utile del drone.

IV. Scenari d'applicazione fondamentali per laLSM6DSR

1- Stima di base dell'atteggiamento e controllo della stabilizzazione

Questa è l'applicazione fondamentale del LSM6DSR nei droni. L'accelerometro raccoglie dati in tempo reale sull'inclinazione orizzontale della cellula e sulla direzione della gravità.mentre il giroscopio cattura i cambiamenti ad alta frequenza delle velocità angolari di passo su tre assiIl sistema di controllo del volo fusiona i dati a sei assi e utilizza l'algoritmo di filtraggio di Kalman e gli algoritmi di filtraggio complementari per effettuare una stima dell'atteggiamento ad alta precisione.correggere l'atteggiamento della cellula in tempo reale per consentire al drone di soffermarsi in posizione, la crociera senza intoppi e il blocco dell'atteggiamento, eliminando problemi di volo come deriva, oscillazione e deviazione e migliorando significativamente la stabilità di base del volo.

2. Corse ad alta velocità / FPV Cross-Country Extreme Flight

Per soddisfare le esigenze di manovre ad alta velocità e di acrobazie acrobatiche estreme nei droni da corsa e da cross-country FPV, la gamma di giroscopio ultra-ampio di ± 4.000 dps del LSM6DSR® svolge un ruolo fondamentale.Raccoglie con precisione i dati di velocità angolare durante manovre intense come i rotoli ad alta velocità, rapide curve, immersioni verticali e giri continui, senza saturazione o distorsione dei dati.Questo fornisce un supporto dati affidabile per le correzioni di atteggiamento in tempo reale del controllore di volo e l'esecuzione precisa delle manovre acrobatiche, rendendolo il sensore inerziale standard per i droni da corsa di fascia alta.

3- Navigazione precisa e operazioni punto a punto

Droni utilizzati per ispezioni industriali, protezione delle colture agricole, rilevamento e esplorazione,e altre operazioni pongono esigenze estremamente elevate sulla precisione del posizionamento del volo e sulla stabilità della traiettoria di voloI dati di movimento ad alta precisione e a bassa deriva del LSM6DSR possono essere fusi con dati provenienti da GPS, BeiDou, barometri e sensori ad ultrasuoni per ottenere una navigazione integrata.Questo corregge con precisione gli errori di posizionamento GPS, che garantisce che il drone vola in modo stabile lungo percorsi di volo prestabiliti e consente un'orbitazione fissa precisa, operazioni precise e ri-volo di rotta,migliorando così efficacemente la precisione e l'efficienza delle ispezioni, le operazioni di protezione delle colture e di rilevamento.

4Stabilizzazione dell' atteggiamento di volo e stabilizzazione delle fotografie aeree

In applicazioni di fotografia aerea con droni, l'LSM6DSR acquisisce continuamente dati sulle vibrazioni minime e sulle deviazioni di posizione della fuselaggio,trasmettere questo al sistema di stabilizzazione del cardano e agli algoritmi anti-vibrazione del controllore di voloCompensa in tempo reale le deviazioni di atteggiamento causate dalla scossa della fusoliera e dalla turbolenza dell'aria, aiutando il cardano a raggiungere la stabilizzazione a tre assi.Questo elimina efficacemente il tremore della fotocamera e il disallineamento nelle riprese aeree, che garantisce riprese in alta definizione e fluide, ed è adatto per la fotografia aerea professionale, la produzione cinematografica e la rilevazione a alta quota.

5- Monitoraggio delle anomalie e protezione della sicurezza

Il modulo è in grado di monitorare in tempo reale l'atteggiamento anormale del drone, le vibrazioni violente, le brusche discese del naso, gli impatti di collisione e altre condizioni.Quando vengono rilevati dati di movimento che superano le soglie di volo normali, può attivare rapidamente i meccanismi di protezione della sicurezza del controllore di volo, consentendo funzioni quali la correzione dell'atteggiamento, il volante di emergenza, il ritorno a casa con un solo pulsante e la protezione dall'atterraggio forzato.Ciò riduce efficacemente il rischio di incidenti e danni causati dai droni, migliorando così la sicurezza dei voli.

V.LSM6DSRSoluzioni di implementazione e ottimizzazione degli UAV

1. Adattamento hardware

Utilizzando la saldatura a superficie standard LGA-14L, è compatibile con i layout della scheda madre dei controllori di volo tradizionali.eliminando la necessità di circuiti di condizionamento del segnale aggiuntiviDurante l'installazione, posizionare il modulo lontano dai componenti che generano forti campi elettromagnetici o vibrazioni, come motori ed ESC.Utilizzare cuscinetti assorbenti per ridurre ulteriormente le vibrazioni meccaniche e le interferenze elettromagnetiche, migliorando così la precisione dei dati.

2. Ottimizzazione degli algoritmi software

Sfruttando le capacità multi-range del LSM6DSR, le configurazioni possono essere adattate a modelli specifici di droni: per i droni da corsa, abilitare il giroscopio a ± 4000 dps per garantire prestazioni di volo massime;per modelli di rilevamento e di fotografia aerea, selezionare il range medio-basso per migliorare l'accuratezza dei dati; sfruttare appieno la funzione di buffer FIFO e configurare la modalità di lettura dei dati di lotto per ridurre il carico computazionale del controllore di volo;combinare le caratteristiche di compensazione della temperatura del modulo con algoritmi di filtraggio ottimizzati del controllo di volo per sopprimere ulteriormente la deriva della temperatura e migliorare la stabilità durante voli prolungati.

3. Ottimizzazione del consumo di energia

Utilizzare la funzione di gestione intelligente dell'energia del modulo per impostare le modalità operative in più fasi: attivare la modalità ad alte prestazioni durante le operazioni di volo per garantire la trasmissione dei dati in tempo reale;passaggio alla modalità a bassa potenza durante il periodo di standby per ridurre il consumo complessivo di energia, bilanciando così le prestazioni di volo con la resistenza.

VI. Riassunto e valore di applicazioneLSM6DSR

Il modulo inerziale iNEMO a 6 assi ST LSM6DSR soddisfa con precisione i requisiti fondamentali dei droni per “alta precisione, alta dinamica, alta stabilità e basso consumo di energia”.Rispetto alle tradizionali IMU a 6 assi, i suoi quattro principali vantaggi: gamma giroscopica ultra larga, cache di dati intelligente,l'affidabilità di livello automobilistico e un'architettura a basso consumo di energia risolvono perfettamente i problemi dell'industria, come l'incapacità dei sensori standard di far fronte al volo manovrabile ad alta velocità, elevato carico della CPU sul controller principale, scarsa adattabilità ambientale e notevole consumo di batteria.

Per i droni da corsa di consumo, i droni per la fotografia aerea ad alta definizione, o i droni per l'ispezione e la protezione delle colture di livello industriale, laLSM6DSRfornisce ai sistemi di controllo del volo dati di movimento e posizione stabili, precisi e in tempo reale a sei gradi di libertà, migliorando in modo completo la stabilità del volo dei droni, la capacità di risposta del controllo,precisione operativa e sicurezza dei voliAttualmente è il componente di rilevamento inerziale preferito per l'aggiornamento dei sistemi di controllo dei voli dei droni e la produzione in serie di modelli ad alte prestazioni.