無(wú)人機的核心之一MCU是如何工作的？

　　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，每次看它們拿著(zhù)手里的遙控器，讓無(wú)人機自由翱翔于空中，這種感覺(jué)很“酷炫”，可是您知道無(wú)人機的工作原理嗎?

　　無(wú)人機是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車(chē)載計算機完全地或間歇地自主地操作。無(wú)人機在航拍、農業(yè)、植保、微型自拍、快遞運輸、災難救援、觀(guān)察野生動(dòng)物、監控傳染病、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝、制造浪漫等等領(lǐng)域均有廣泛應用。

　　無(wú)人機由飛機機體、飛控系統、數據鏈系統、發(fā)射回收系統、電源系統等組成。飛行管理與控制系統，相當于無(wú)人機系統的“心臟”部分，對無(wú)人機的穩定性、數據傳輸的可靠性、精確度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。無(wú)人機機體的核心就是飛行器控制器——主控MCU。

　　MCU也叫單片機，是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，并將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場(chǎng)合做不同組合控制。無(wú)人機的主控MCU在無(wú)人機飛行系統中地位很重要。

　無(wú)人機的工作原理

　　垂直運動(dòng)，無(wú)人機利用旋翼實(shí)現前進(jìn)和停止。力的相對性意味著(zhù)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)人機能夠上上下下的基本原理。進(jìn)而，旋翼旋轉地越快，升力就越大，反之亦然。

　　而要使無(wú)人機向右轉，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)人機改變運動(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)人機會(huì )下降。

　　無(wú)人機是對稱(chēng)的。這同樣適用于側向運動(dòng)。一架四輪無(wú)人機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移動(dòng)的問(wèn)題。

　　無(wú)人機MCU的工作

　　無(wú)人機MCU是飛控子系統的核心，飛控系統是無(wú)人機完成起飛、空中飛行、執行任務(wù)和返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過(guò)程的核心系統，飛控對于無(wú)人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無(wú)人機最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動(dòng)設備三大部分，實(shí)現的功能主要有無(wú)人機姿態(tài)穩定和控制、無(wú)人機任務(wù)設備管理和應急控制三大類(lèi)。除了無(wú)人機MCU，無(wú)人機還需要陀螺儀、加速計、地磁感應、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)，將數據送給主控處理器MCU。主控處理器MCU將根據用戶(hù)操作的指令，以及IMU數據，通過(guò)飛行算法控制飛行器的穩定運行。由于有大量的數據需要計算，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定，靈活。

　　幾家無(wú)人機MCU方案

　　高通 Snapdragon芯片：它有無(wú)線(xiàn)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：內置了高達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500MHz 的32位RISC內核，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(馬達)，用來(lái)驅動(dòng)無(wú)人機的旋翼。而馬達驅動(dòng)控制器就是用來(lái)控制無(wú)人機的速度與方向。原則上一顆馬達需要配置一顆8位MCU來(lái)做控制，但也有一顆MCU控制多個(gè)BLDC馬達的方案。

      無(wú)人機MCU國產(chǎn)化任重道遠

　　目前，國內從事無(wú)人機研發(fā)的企業(yè)接近五十家，但是其中做無(wú)人機MCU的微乎其微，這是因為MCU市場(chǎng)幾乎是美國壟斷，國內廠(chǎng)商想實(shí)現追趕或超越難度很大。近日有某家廠(chǎng)商投入重金研發(fā)無(wú)人機MCU，讓國人振奮不已，但面臨的挑戰仍舊很多。隨著(zhù)國內廠(chǎng)商實(shí)力的壯大，未來(lái)我們或將看到屬于自己的無(wú)人機MCU。