如今，我們經(jīng)常在很多公園或空曠場(chǎng)所看到有人玩那種小型無(wú)人機(jī)，每次看它們拿著手里的遙控器，讓無(wú)人機(jī)自由翱翔于空中，這種感覺(jué)很“酷炫”，可是您知道無(wú)人機(jī)的工作原理嗎？

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，或者由車(chē)載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作。無(wú)人機(jī)在航拍、農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援、觀察野生動(dòng)物、監(jiān)控傳染病、測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢、救災(zāi)、影視拍攝、制造浪漫等等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

無(wú)人機(jī)由飛機(jī)機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等組成。飛行管理與控制系統(tǒng)，相當(dāng)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的“心臟”部分，對(duì)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、精確度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響，對(duì)其飛行性能起決定性的作用。無(wú)人機(jī)機(jī)體的核心就是飛行器控制器——主控MCU。

MCU也叫單片機(jī)，是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存(memory)、計(jì)數(shù)器(Timer)、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。無(wú)人機(jī)的主控MCU在無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)中地位很重要。

無(wú)人機(jī)的工作原理

垂直運(yùn)動(dòng)，無(wú)人機(jī)利用旋翼實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和停止。力的相對(duì)性意味著旋翼推動(dòng)空氣時(shí)，空氣也會(huì)反向推動(dòng)旋翼。這是無(wú)人機(jī)能夠上上下下的基本原理。進(jìn)而，旋翼旋轉(zhuǎn)地越快，升力就越大，反之亦然。

而要使無(wú)人機(jī)向右轉(zhuǎn)，則需要降低旋翼1的角速度。但是，雖然來(lái)自旋翼1的推力缺失能使無(wú)人機(jī)改變運(yùn)動(dòng)方向，但與此同時(shí)向上的力不等于向下的重力，所以無(wú)人機(jī)會(huì)下降。

無(wú)人機(jī)是對(duì)稱的。這同樣適用于側(cè)向運(yùn)動(dòng)。一架四輪無(wú)人機(jī)就像一輛每一面都可作為正面的車(chē)，所以了如何向前也就解釋了如何向后或向兩側(cè)移動(dòng)的問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)MCU的工作

無(wú)人機(jī)MCU是飛控子系統(tǒng)的核心，飛控系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過(guò)程的核心系統(tǒng)，飛控對(duì)于無(wú)人機(jī)相當(dāng)于駕駛員對(duì)于有人機(jī)的作用，我們認(rèn)為是無(wú)人機(jī)最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無(wú)人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無(wú)人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。除了無(wú)人機(jī)MCU，無(wú)人機(jī)還需要陀螺儀、加速計(jì)、地磁感應(yīng)、氣壓傳感器，超聲波傳感器、光流傳感器、GPS模塊等想互協(xié)助工作方可完成飛行。

IMU感知飛行器在空中的姿態(tài)，將數(shù)據(jù)送給主控處理器MCU。主控處理器MCU將根據(jù)用戶操作的指令，以及IMU數(shù)據(jù)，通過(guò)飛行算法控制飛行器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于有大量的數(shù)據(jù)需要計(jì)算，而且需要實(shí)時(shí)性極高的控制，所以MCU的性能也決定了飛行器是否能夠飛得足夠穩(wěn)定，靈活。

幾家無(wú)人機(jī)MCU方案

高通 Snapdragon芯片：它有無(wú)線通信、傳感器集成和空間定位等功能。采用了“RealSense”技術(shù)，能夠建起3D地圖和感知周?chē)h(huán)境，它可以像一只蝙蝠一樣飛行，能主動(dòng)避免障礙物。

英特爾 凌動(dòng)（Atom）處理器：內(nèi)置了高達(dá)6個(gè)英特爾的“RealSense”3D攝像頭，采用了四核的英特爾凌動(dòng)（Atom）處理器的PCI-express定制卡，來(lái)處理距離遠(yuǎn)近與傳感器的實(shí)時(shí)信息，以及如何避免近距離的障礙物。

XMOS XCORE多核微控制器：頻率高達(dá)500MHz 的32位RISC內(nèi)核，帶有Hardware Response I/O接口。多軸飛行器需要用到四至六顆無(wú)刷電機(jī)（馬達(dá)），用來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)的旋翼。而馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制器就是用來(lái)控制無(wú)人機(jī)的速度與方向。原則上一顆馬達(dá)需要配置一顆8位MCU來(lái)做控制，但也有一顆MCU控制多個(gè)BLDC馬達(dá)的方案。

無(wú)人機(jī)MCU國(guó)產(chǎn)化任重道遠(yuǎn)

目前，國(guó)內(nèi)從事無(wú)人機(jī)研發(fā)的企業(yè)接近五十家，但是其中做無(wú)人機(jī)MCU的微乎其微，這是因?yàn)镸CU市場(chǎng)幾乎是美國(guó)壟斷，國(guó)內(nèi)廠商想實(shí)現(xiàn)追趕或超越難度很大。近日有某家廠商投入重金研發(fā)無(wú)人機(jī)MCU，讓國(guó)人振奮不已，但面臨的挑戰(zhàn)仍舊很多。隨著國(guó)內(nèi)廠商實(shí)力的壯大，未來(lái)我們或?qū)⒖吹綄儆谧约旱臒o(wú)人機(jī)MCU。