无人机具有怎样的特性和功能，无人机具有怎样的特性

很多朋友对无人机具有怎样的特性和功能，无人机具有怎样的特性不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

无人机，正式名称是无人机，是一种无人驾驶的飞行器，主要通过遥控或内置智能控件来控制。如何集成嵌入式系统，提供仪器导航和自平衡功能，飞到特定高度，与远端的用户或机器交换信息？无人机就是最好的例子。

传统上，无人机通常用于国防和科学应用，如深入偏远地区，监控，天气探测或向条件恶劣的地区运送货物。最近，由于低成本微低功耗嵌入式技术的出现，无人机正逐渐用于消费应用中。现在无人机已经成为玩具、摄影辅助工具、喷洒农药的投放工具等等。

无人机引起了各类人群的极大兴趣，包括创新企业、学生、系统集成商、解决方案提供商、电子商务和技术提供商。无人机可以让人类的生活更美好、更安全、更高效。传感器在低功耗网络连接技术上有了很大的进步，这是最近无人机快速增长的关键，本文也将详细讲解。无人机的特点

无人机的动作必须非常精准，除了稳定性之外，还必须能够飞到预期的高度，并能进行有效的通信。因此，一架基本的无人机必须具备以下特征：A)稳定的无人机应该是稳定的，不能在毫无征兆的情况下突然振动、摇晃或倾斜，否则会失去平衡而坠毁。b)精确无人机的动作要非常精确。至于动作，可能指的是距离、速度、加速度、方向、高度。c)能抵抗各种环境条件。

无人机要能抵抗雨水、灰尘、高温等环境条件。而且不仅仅是外部的材料，还有无人机内部使用的电子零件。/d)低功耗无人机会越来越轻，那么如何保证超低功耗使电池体积最小化就显得尤为重要。低功耗技术的兴起，让无人机技术大行其道。e)环境意识

环境传感技术逐渐兴起，成为无人机最关键的发展领域之一。今天的无人机配备了几个传感器来监控环境。收集的数据可用于各种应用，如气象监测、农业等。f)网络功能

联网功能是无人机兴起并被广泛市场接受的重要因素。无人机可以通过简单的智能手机、遥控器或者直接通过云端控制。应根据不同的使用案例提供合适的网络解决方案。有些人没有机会采用多种网络解决方案来满足多用途用例的需求。传感器在无人机中的作用-核心传感器

这些传感器位于无人机的核心，可以保证设备功能和导航的正常运行。这些传感器包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘和气压传感器。加速计

加速度计用于提供无人机在XYZ三轴方向上承受的加速力。它还可以确定无人机在静止时的倾斜角度。当无人机处于水平静止状态时，X轴和Y轴输出为0克，而Z轴输出为1克。地球上所有的物体都承受1克的重力。如果无人机的X轴旋转90度，那么0 g输出应用于X轴和Z轴，1 g输出应用于Y轴。当倾斜时，XYZ轴施加0到1克之间的输出。

可以将相关值应用到三角形公式中，使无人机达到特定的倾斜角度。

加速度计也用于提供水平和垂直方向的线性加速度。相关数据可以用来计算速率、方向，甚至无人机高度的变化率。加速度计也可以用来监测无人机所遭受的振动。对于任何无人机来说，加速度计都是非常重要的传感器，因为即使无人机处于静止状态，也要靠它来提供关键输入。皮塔三明治

陀螺仪传感器可以监测三个轴的角速度，因此可以监测俯仰、横滚和偏航过程中角度的变化率。即使对于普通飞机来说，陀螺仪也是非常重要的传感器。角度信息的变化可以用来保持无人机的稳定性，防止晃动。陀螺仪提供的信息将被馈入电机控制驱动器，以动态控制电机速度并提供电机稳定性。陀螺仪还可以保证无人机按照用户控制设备设定的角度旋转。

LSM6DSM是意法半导体推出的创新新技术，是一种将加速度计和陀螺仪结合在一起的惯性测量单元(IMU)。还可以提供两个独立的陀螺输出——，可以用于飞行控制，也可以在无人机搭载摄像头的情况下用于稳定摄像头(OIS光学防抖//EIS电子防抖功能)。磁罗盘

顾名思义，磁罗盘可以为无人机提供方向感。它可以提供设备在XYZ各轴上所承受的磁场数据。然后将相关数据导入到微控制器的算法中，提供与磁北极相关的航向角，然后就可以用这些信息来检测地理位置。为了计算正确的方向，磁数据还需要加速度计提供倾斜角度数据来加强信息。利用倾斜数据和磁性数据，可以计算出正确的方向。

磁罗盘对硬铁、软铁或运行角度非常敏感。所谓硬铁，是指传感器附近坚硬永久的铁磁性物质。它可以永久性地改变罗盘读数。软铁是指附近的弱铁磁性物质、电路布线等。它能使传感器读数产生可变位移。因此，还需要一种磁传感器校准算法来过滤掉这些异常情况。这时候最重要的是让用户不用费力，算法可以快速修正。

除了方向感应，磁传感器还可以用来探测周围的磁性和黑色金属，如电极、电线、车辆、其他无人机等。避免发生意外。气压计

气压计的工作原理是将大气压力转换成高度。压力传感器可以检测地球的大气压力。气压计提供的数据可以帮助无人机导航并上升到所需的高度。准确估计上升和下降速度对于无人机飞行控制非常重要。意法半导体推出了数据速率为200Hz的LPS22HD压力传感器，可以满足高度预测的需求。无人机传感器的重要特性

无人机很容易受到极端条件的影响，包括振动、噪音和环境。无人机使用的传感器应该是高度防震的，捕捉到的噪音越少越好，速度要快，足以吸收所有震动。性能不会受到温度和湿度等环境参数变化的影响。最后，它需要超低功耗来提供更高的电池寿命。算术的作用

要将原始的传感器数据转换成有意义的使用案例，软件数据库扮演了相当重要的角色。算法可扩大传感器功能，使其超越原本已知范围。运算法还能结合来自不同传感器的输入，产生具备情境感知特色的输出。

加速度计、陀螺仪与磁罗盘这三种动作传感器各有不同优缺点。传感器的限制包括校正不够完美，也会因为时间、温度与随机噪音而产生漂移。磁力计与加速度计容易失真，陀螺仪则是原本就会出现漂移现象。我们可利用传感器融合数据库来相互校正这些传感器，以打造在所有情境下都能得到正确结果的条件。

它不只能提供校正过的传感器输出，还有角度与航向角的信息，以及四元数角度。

特定应用传感器

这类传感器并不影响无人机的核心功能运作，但越来越常被用在无人机上，以提供各种不同应用，例如气候监测、农耕用途等。

湿度传感器

湿度传感器能监测湿度参数，相关数据则可应用在气象站、凝结高度监测、空气密度监测与气体传感器测量结果的修正。

意法半导体已推出HTS221湿度传感器，其中包含一个感测组件和一个模拟前端，可透过数字串行接口提供测量信息。这个感测组件包含了一个高分子介电质平面晶体管结构，能监测相对湿度的变化。

MEMS麦克风

MEMS麦克风是一种能将声音频号转换为电子讯号的音频传感器。 MEMS麦克风正逐渐取代传统麦克风，因为它们能提供更高的讯噪比（SNR）、更小的外型尺寸、更好的射频抗扰性，面对震动时也更加稳健。这类传感器可用在无人机的影片拍摄、监控、间谍行动等应用。

无人机的联网功能

无人机有各种不同的联网技术选项可考虑。低功耗蓝牙（BLE）与Wi-Fi多半用于智能手机联网，Sub-1GHz则是用在远程控制器，能提供更远距离的联网功能。

下图列举了不同种技术在有效距离与能耗方面的差异。接下来我们将进一步讨论BLE、RF sub-1GHz 以及Sigfox等低功率技术

Bluetooth Smart低功耗蓝牙技术（BLE）

Bluetooth Smart又称为低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE），能提供无人机低功耗的联网功能。这种技术适合低阶机种，特别是玩具无人机。它能让无人机和做为控制装置的智能手机、平板、手提电脑或专用远程控制器进行双向通讯。低功耗蓝牙能让无人机具备绝佳的电池续航力，这是使用Wi-Fi、传统蓝牙（Classical Bluetooth）等传统无线技术所不可能达到的。

低功耗蓝牙使用的是2.4GHz免费授权ISM频段。相关标准由蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）负责管理，并支持各大智能手机品牌。

低功耗蓝牙装置有两种主要做法：

a.网络处理器

网络处理器是一种执行低功耗蓝牙通讯协议的低功耗蓝牙装置，其中包含控制器、主控组件与堆栈。但它需要一个独立的微控制器，才能搭配执行低功耗蓝牙配置文件和应用程序的主要微控制器并顺利运作。它也是一套独立的平台，能提供更大的弹性空间，让用户选择最适合的微控制器或操作系统。 BlueNRG-MS是意法半导体所推出的网络处理器，可支持BLE 4.1规范。

这款IC能同时担任主控（master）与从属（slave），如此一来远程摇控器就能做为智能手机的从属装置，同时也是无人机的主控装置。

b.系统芯片（SoC）

系统芯片是一种独立的芯片组，包含控制器、主控组件、堆栈配置文件和应用程序。意法半导体的BlueNRG-1是一款通过BLE 4.2认证的系统单芯片，其中包含15个GPIO、I2C、SPI、UART、PWM、PDM以及160kb的RAM。因为支持BLE 4.2规范，这种IC还能提供先进的安全与隐私功能。

RF sub-1GHz

正如名称所显示，RF sub-1GHz是利用低于1GHz的频率传送讯号。每个国家所定义的频率不同，免费提供做为工业或科学研究用途。

以下为各国所提供的免费频段：

North America ： 315， 433， 915Mhz

Europe ： 433， 868Mhz

India ： 433， 865-867Mhz

北美：315， 433， 915Mhz

欧洲：433， 868Mhz

印度：433， 865-867Mhz

sub-1GHz频率的好处是这些频段相对较为安静、距离较长且电流消耗量极低。缺点是无法直接提供智能手机联机功能，而且并不是每个地方都能使用。

Sigfox是采用sub-1GHz频率的一种订阅制低功耗广域网（LPWAN）服务。 Sigfox能直接链接电信基础架构，然后转接上云端。它的连网功能有效范围可达数公里之远。用在无人机时，Sigfox可追踪并将传感器数据传送到云端。它是一种直接链接电信基础架构的低数据率技术，因此一般预料将无法取代可以直接进行控制的联网选项，例如低功耗蓝牙，还有RF sub-1GHz直接点对点联机。

意法半导体最近推出了RF sub-1GHz与Sigfox收发器S2-LP。这款产品能在430-470 MHz以及860-940 MHz频段进行通讯。输出功率最高达+16dbm，灵敏度最低到-130dbm。这款超低电流IC可用于点对点联机，在无人机与远程摇控器之间建立链接。这款产品还通过Sigfox认证，经过设定即可让无人机直接连上Sigfox网络。

来源：网络

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