正確判斷無人機(jī)指向故障 讓電子羅盤遠(yuǎn)離磁干擾

 電子羅盤作為無人機(jī)產(chǎn)品的重要組成部件，承載著為無人機(jī)引導(dǎo)絕對方位的功能。對于普通設(shè)計(jì)者而言，經(jīng)常會遇到電子羅盤校正困難，校正需求過于頻繁，動態(tài)、高速運(yùn)行時(shí)突發(fā)偏離，以及無論怎么校正電子羅盤都無法正常運(yùn)行的情況。以上故障的發(fā)生，主要原因是電子羅盤受到了磁場干擾，而針對于這一問題，全球領(lǐng)先的磁傳感器公司愛盛科技給出了簡單而高效的解決方案。

目前，愛盛科技旗下3×3mm LGA封裝的地磁傳感器IST8310，在無人機(jī)市場的市占率超過80%，市場上能夠看到的大廠的無人機(jī)產(chǎn)品，都采用了愛盛科技的地磁傳感器，是現(xiàn)今主流無人機(jī)使用地磁傳感器的標(biāo)桿產(chǎn)品，因此下文提及的無人機(jī)測試樣本，也均為這一型號。眾所周知，磁場和距離的多次方成反比，而無人機(jī)內(nèi)部電子羅盤和其余電子元器件距離較近，因此內(nèi)部系統(tǒng)排布的不合理會導(dǎo)致電子羅盤受到磁場干擾，而這一情況又往往被設(shè)計(jì)者忽略。為了避免在實(shí)際飛行時(shí)因電子羅盤故障而出現(xiàn)墜機(jī)情況，在無人機(jī)完成硬件打樣或試作后，無需進(jìn)行實(shí)際飛行，通過測試即可完成對電子羅盤的準(zhǔn)確分析。在前期測試中，先用木材、塑料、泡棉、鋁材沒有磁場的材料將無人機(jī)固定，值得注意的是，無人機(jī)最好安裝外殼和旋翼，這能夠最大程度去模擬真實(shí)飛行時(shí)的情況?？紤]到無人機(jī)馬達(dá)和電路可能為磁場干擾源，因此我們需要從I2C接口導(dǎo)出“X軸磁場大小、Y軸磁場大小、Z軸磁場大小、油門大小”這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)加以儲存并相互對比，作為后續(xù)分析的重要依據(jù)。

圖1：無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 油門開啟時(shí)磁場感應(yīng)規(guī)律且穩(wěn)定

測試過程中，只需將油門從關(guān)閉調(diào)整到開啟狀態(tài)并逐級推進(jìn)，進(jìn)行幾輪反復(fù)測試，最終將幾輪測試的數(shù)據(jù)匯總到同一時(shí)間軸上進(jìn)行展現(xiàn)。由于無人機(jī)已經(jīng)被固定住，并沒有出現(xiàn)方位的移動，因此理論上無論油門如何調(diào)整，X、Y、Z各軸磁場的數(shù)字應(yīng)變化不大，呈現(xiàn)出區(qū)域平穩(wěn)的態(tài)勢。但實(shí)際上，由于電子羅盤組件本身及系統(tǒng)都會有噪聲，因此數(shù)據(jù)線條會有一定程度的上下抖動，但趨勢應(yīng)是不變的，抖動的幅度越小，意味著移動路線越穩(wěn)定。同理，在油門開啟或關(guān)閉時(shí)，實(shí)際也會產(chǎn)生一個突波影響電路，磁場同樣會產(chǎn)生波動，數(shù)據(jù)線條抖動越小，也代表電子羅盤放置的位置比較好，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)比較合理。如圖1所示，一個內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確的無人機(jī)，在測試中經(jīng)歷了四次油門變化，從零加速到100%，但是指向角度、X軸、Y軸、Z軸磁場都沒有強(qiáng)烈波動，只有在油門開啟或關(guān)閉時(shí)，數(shù)據(jù)會有些許的波動。說明在運(yùn)作時(shí)電子羅盤不會受到系統(tǒng)內(nèi)的磁場干擾影響，無人機(jī)將有較好的操控性能。

圖2：無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題 油門開啟時(shí)磁場出現(xiàn)大幅波動

與圖1相反的，如果無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題，采用同樣的測試過程后，得出數(shù)據(jù)圖像會出現(xiàn)明顯的偏離和波動。如圖2所示，圖2中下方圖片的藍(lán)線代表著油門力度，橘線代表著無人機(jī)的指向角度，由于無人機(jī)已經(jīng)被固定，因此原則上來說指向角度不會因?yàn)橛烷T的增大減小而變化，但從圖2可以看出，測試中的無人機(jī)指向角度發(fā)生了明顯偏離，這說明電子羅盤的磁場感應(yīng)出現(xiàn)了變化。在圖2中上方圖片可以更清晰的看到，藍(lán)線(X軸)、橘線(Y軸)、黃線(Z軸)出現(xiàn)了不同程度的波動，并且Z軸的波動最大，X軸次之。有了這一線索，就可以進(jìn)一步去分析引起磁場變化的源頭到底在哪里，測試者如仍有疑問，可訪問愛盛科技官網(wǎng)www.isentek.com，了解更進(jìn)一步信息。

經(jīng)過以上的檢測過程，如果設(shè)計(jì)者可以順利找到無人機(jī)內(nèi)部的磁干擾源，再重復(fù)進(jìn)行一次上述測試，測試得出的數(shù)據(jù)圖像理應(yīng)與圖1一致，說明無人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的磁干擾問題已經(jīng)解決，無人機(jī)電子羅盤能夠在油門變化時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。通過愛盛科技給出的這一解決方案，無人機(jī)無需實(shí)際飛行即可在前期進(jìn)行問題篩查，既降低了測試門檻，也避免了因?yàn)殡娮恿_盤無法正常運(yùn)行導(dǎo)致的無人機(jī)失控、墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，為行業(yè)提供了全新思路。