传感器在无人机的应用

传感器在无人机

的应用组员：

SensorsinUAV目录CONTENTS传感器汇总

传感器原理传感器应用无人机无人驾驶飞机（UAV）无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。1914年1940年1991年1996年至今加速度传感器惯性测量单元倾角传感器电流传感器基于电容原理的极距变化型的电容传感器电容式当基座上有加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来伺服式被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比压电式基于世界领先的MEMS硅微技术压阻式加速度传感器电容式传感器单电容压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。伴随着苹果在iPhone上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等，MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起，6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低，成本仅在几美元。另外GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。在消费级无人机上，惯性测量单元结合GPS是维持方向和飞行路径的关键。随着无人机智能化的发展，方向和路径控制是重要的空中交通管理规则。惯性测量单元采用的多轴磁传感器，在本质上都是精准度极高的小型指南针，通过感知方向将数据传输至中央处理器，从而指示方向和速度。惯性测量装置IMU属于捷联式惯导，该系统有两个加速度传感器与三个速度传感器组成，加速度计用来感受无人机相对于地垂线的加速度分量，速度传感器用来感受无人机的角度信息，该子部件主要有两个A/D转换器AD7716BS与64K的E/EPROM存储器X25650构成，A/D转换器采用IMU各传感器的模拟变量，转换为数字信息后经过CPU计算后最后输出无人机俯仰角度、倾斜角度与侧滑角度，E/EPROM存储器主要存储了IMU各传感器的线性曲线图与IMU各传感器的件号与序号，部品开机时，图像处理单元读取E/EPROM内的线性曲线参数为后续角度计算提供初始信息。惯性测量单元PartOnePartTwo性能指标灵敏度:

一般来说，越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感，输出电压的变化也越大，这样就比较容易测量，从而获得更精确的测量值。带宽:这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟，传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用，50HZ的带宽应该足够了，但是对于需要进行动态性能，比如振动，你会需要一个具有100HZ以上带宽的传感器。温度影响补偿：外界温度的变化会带来相应的读数偏移误差，可根据传感器手册中的温度变化引起的读数偏值来进行相应的补偿（ADXL330中温度补偿为1mg/摄氏度），在系统中增加温度传感器来测量温度。有些传感器自带温度补偿，例如在ADXL330中内置补偿电路，在25°Cto+70°C的温度变化区间内，电压变化保持在小于3mg的范围内。灵敏度：输出电压与对应加速度值的对应关系。灵敏度越高，加速度变化对应的电压变化越明显，这样比较容易测得电压的变化从而精确检测加速度的微小变化。对于输出一定的电压范围来说，较高的精度意味着加速度的量程将变小。倾角传感器集成了陀螺仪和加速度传感器的倾角传感器，为无人机飞控系统，提供了保持水平飞行的数据。这在易碎品运输和投递过程中最重要的稳定性监测应用程序。通过结合陀螺仪和加速度传感器，能够测量到无人机细微的运动变化，使得倾角传感器能够应用于移动程序，如汽车或无人驾驶飞机的陀螺补偿中。倾角传感器IMUs数据采集：陀螺仪也是通过单片机将其产生的信号对应的电压变化采集通过AD转换以及转换电压计算从而得到相应的角速度值。计算公式:以X轴为转轴，角速度计算公式为：Rate_X=(Val_X-Val_rest)/1024*3.3/0.002零点漂移：静止时陀螺仪的读数不为0，需要通过相关算法来抑制零点漂移，例如监测其他的运动量，人工清零在使用过程中，我们要判定一下我们计算的最终数值是否正确可用，因为往往由于参考电压、灵敏度的误用而导致所得数据与实际相差太大而无法使用电流传感器在无人机中，电能的消耗和使用非常重要，尤其是在电池供电的情况下。电流传感器可用于监测和优化电能消耗，确保无人机内部电池充电和电机故障检测系统的安全。电流传感器工作通过测量电流，理想的情况下提供电气隔离，以减少电能损耗和消除电击损坏用户系统的机会。同时，具有快速的响应时间和高精度的电流传感器，还可优化无人机电池的寿命和性能。原理简述：利用霍尔传感器的工作特性可以制成电流传感器。它既可以检测直流电流，也可以检测交流电流。检测范围从几十毫安到上千安培。电流传感器的工作原理如下图所示。它由导磁体、霍尔传感器组成（内部有放大器）。被测电流If的导线穿过导磁体，在导磁体内产生磁场，其磁感应强度B与If及绕在导磁体上的导线匝数N有关。霍尔传感器置于导磁体中，当霍尔传感器通以控制电流IC时，可输出霍尔电压式中KH为霍尔传感器常数，若Ic为确定值时，上式可写成UH-KIf式中K为电流传感器灵敏度（常数）。电流传感器的理想输出特性如下图所示实际输出特性由于受到环境温度的影响，在零电流时输出电压不等于零，并且输出灵敏度也有一些变化(其最大值可达6%)。另外，实际特性还有一定的非线