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剖析无人机中的传感器和无线技术 无人机 （drone）的正式名称为无人飞行器 （unmanned aerial vehicle），它是一种不需要 人驾驶的飞行器，主要通过遥控或内设的智能控件进行操控。该如何通过整合嵌入式系统， 提供器具导航、自我平衡等功能并飞行到特定高度，同时还能和位于远端的使用者或机器交 换信息，无人机就是一个最好的实例。 传统上来说，无人机常见于防御及科学方面的应用，像是深入偏远地区、监控、气象侦测或 送货到条件恶劣的地区。近来由于低成本的微型低功耗嵌入式技术问世，无人机逐渐被运用 在消费性应用。现在无人机已成为玩具、摄影辅助器材、送货载农药喷洒的工具等。无人机 吸引了各类人的浓厚兴趣，包括创新企业、学生、系统整合商、解决方案供应商、电商以及 科技供应商。无人机可使人类的生活变得更好、更安全也更有效率。 感测器以低功耗网络连接技术出现重大进展，是近来无人机得以飞快成长的关键所在，而本 文也将对此加以详细说明。 无人机的特性 无人机的动作必须非常精确，除了稳定，还要能到飞行到预期的高度并有效进行沟通。因此， 一台最基本的无人机必须具备以下特性： a)稳定 无人机应该要稳定，不可无预警突然震动、摇晃或倾斜，否则就会失去平衡并坠毁。 b)精确 无人机的动作要非常精确。至于动作可能指距离、速度、加速、方向与高度。 c)能抵抗各种环境条件 无人机要能抵抗下雨、灰尘、高温等环境状况。而且不止外部材质，无人机内部所使用的电 子零件也要如此/ d)低功耗 无人机将会变得越来越轻，因此如何确保超低功耗以尽量缩小电池尺寸就显得尤为重要。低 功耗技术的崛起，已使得无人机技术得以普及化。 e)环境感知 环境传感技术逐渐崛起，成为无人机最关键的发展领域之一。现在的无人机都具备好几种传 感器以监测环境。收集到的资料可用在各种应用，例如气象监测、农业等用途。 f)联网功能 联网功能是无人机崛起并广为市场接受的重要因素。无人机可通过简单的智能手机、遥控器 或直接通过云端加以控制。应根据不同使用案例，提供适合的联网功能解决方案。有的无人 机会采用多种联网功能解决方案，以满足多用途使用案例的需求。 传感器在无人机里所扮演的角色 核心传感器 这些传感器位于无人机的核心位置，可确保装置功能与导航正常运作。 这些传感器包括加 速度计、陀螺仪、磁罗盘与气压传感器。 加速度计 加速度计是用来提供无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力。它也能决定无人机在静止状态 时的倾斜角度。 当无人机呈现水平静止状态，X轴与Y轴为0克输出，而Z轴则为1克输 出。地球上所有对象所承受的重力均为1克。若要无人机X轴旋转90度，那么就在X轴与 Z轴施以0克输出，Y轴则施以1克输出。倾斜时，XYZ轴均施以0到1克之间的输出。相 关数值便可应用于三角公式，让无人机达到特定倾斜角度。 加速度计同时也用来提供水平及垂直方向的线性加速。相关数据可做为计算速率、方向，甚 至是无人机高度的变化率。 加速度计还可以用来监测无人机所承受的震动。 对于任何一款无人机来说，加速度计都是一个非常重要的传感器，因为即使无人机处于静止 状态，都要靠它提供关键输入。 陀螺仪 陀螺仪传感器能监测三轴的角速度，因此可监测出俯仰 （pitch）、翻滚 （roll）和偏摆 （y aw）时角度的变化率。即使是一般飞行器，陀螺仪都是相当重要的传感器。角度信息的变化 能用来维持无人机稳定并防止晃动。由陀螺仪所提供的信息将汇入马达控制驱动器，通过动 态控制马达速度，并提供马达稳定度。 陀螺仪还能确保无人机根据用户控制装置所设定的 角度旋转。 意法半导体新推出的创新技术LSM6DSM，是一款结合加速度计与陀螺仪的惯性测量装置 （IM U）。它还能提供两项独立的陀螺仪输出——这种特色能用于飞行控制，同时当无人机配备 摄影机的时候，也可用来稳定摄影机 （OIS光学影像稳定／EIS 电子影像稳定功能）。 磁罗盘 正如名称所示，磁罗盘能为无人机提供方向感。它能提供装置在XYZ各轴向所承受磁场的数 据。接着相关数据会汇入微控制器的运算法，以提供磁北极相关的航向角，然后就能用这些 信息来侦测地理方位。 为了算出正确方向，磁性数据还需要加速度计提供倾斜角度数据以补强信息。有了倾斜数据 加上磁性数据，就能计算出正确方位。 磁罗盘对于硬铁、软铁或运转角度