21世紀 且看無人機如何玩轉(zhuǎn)新時代show場

無人機搖身一變成“明星”

現(xiàn)今社會，幾乎各個角落皆有無人機的蹤影，無論是在軍事，民用，搶險救災等方面，除此之外，銀屏上我們也不時可以見到無人家瀟灑的身姿。在內(nèi)地綜藝之王湖南衛(wèi)視的多檔綜藝節(jié)目中出現(xiàn)無人機助陣，《爸爸去哪兒》劇組用大疆筋斗云系列無人機搭配禪思 Z15-5D 云臺;《花兒與少年》中也應用了無人機，提高節(jié)目檔次的同時給節(jié)目帶來無限的樂趣;電影《狼圖騰》用DJI S1000多旋翼機和蟬思Z-15系列云臺拍攝畫面。無人機在多角度的體育賽事直播、農(nóng)業(yè)信息手機監(jiān)測等等方面也發(fā)揮著重要的作用，亞馬遜“無人機送貨計劃”也在如火如荼的醞釀之中。

圖1《爸爸去哪兒》中劇組用大疆筋斗云系列無人機搭配禪思 Z15-5D 云臺

圖2 滑雪比賽中無人機拍攝

近年來，無人機的腳步已經(jīng)踏入尋常百姓家。近日，在閩江上上演了一幕感人的無人機助力小伙求婚成功，閩江之上，一架無人機載著婚戒緩緩飛到眼前，游艇上的女生，頓時感動不已，又浪漫，又顯示“智商”，真是一舉多得，這樣的求婚，能不成功么?

圖3 福州小伙閩江包游艇求婚無人機送婚戒

有句古話叫做“時勢造就英雄”，從現(xiàn)在的時代背景來看，大學里的“屌絲”們?yōu)榱瞬挥靡崎_盯著電腦屏幕打“lol”的雙眼，接著當代時代“英雄”也就應運而生，就在前不久，“懶人神器”---送餐“無人機”就這么誕生了，據(jù)悉，這位來自西南科技大學的胡同學介紹這款外賣無人機時，他稱，其采用GPS定位，通過數(shù)控提前設計好航線以便無人機達到精確直達，他這一代無人機最多攜帶5kg食物，可滿足6人宿舍需要。無人機現(xiàn)在是真能干，可以送快遞，可以給橋梁探傷，還可以拍電影……現(xiàn)在，一位大四學生又成功實現(xiàn)了無人機送餐。

圖4 大學生研制無人機送餐

自從進入5月，無人機行業(yè)再引關注，無人機成“創(chuàng)客”選擇的香餑餑。大疆無人機宣布獲得風投公司7500萬美元的融資，成為全球收入最高的民用無人機制造商。“鼠鍵大王”深圳雷柏科技今年初也曾攜手北京零度智控高調(diào)進入無人機領域。

如今，還有更多的創(chuàng)業(yè)者開始投身無人機行業(yè)，在龍崗的創(chuàng)客集中地，無人機創(chuàng)業(yè)團隊并不是一個罕見的名詞。無人機正呈現(xiàn)出一種創(chuàng)業(yè)、投資“兩頭熱”的局面。

比如為汪峰傳送婚戒的無人機的生產(chǎn)公司，就是深圳大疆創(chuàng)新科技公司，2010年銷售額僅300多萬元，而2014年營收卻近30億元，5年翻了100倍。就在5月6日，據(jù)路透社報道，深圳的無人機制造商大疆創(chuàng)新科技已經(jīng)獲得了硅谷知名風投公司Accel Partners的7500萬美元投資。Accel是Facebook、Dropbox等知名互聯(lián)網(wǎng)公司的早期投資方。

另一方面，在當前大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的背景下，許多航模愛好者、無人機“發(fā)燒友”、配套產(chǎn)業(yè)人才紛紛加入，使深圳的無人機行業(yè)成為“高精尖”人才聚集地。

“不安分”的無人機使人愁

無人機在給人們生活帶來便利的同時，當然不可避免的也帶來了不少弊端。

人們對于無人機的軍事用途異議很大，“無人機襲擊”或無人機趁虛而入、摧毀目標，尤其是以人為目標的做法常引來道德批判。雖然，無人機已經(jīng)做了不少好事，比如災后重建，植樹造林，運送貨物。但是消費級無人機的使用還是讓人擔心，比如隱私問題(很多機型都連接攝像機)、監(jiān)管問題和業(yè)余飛手的技術(shù)水平問題。軍事上，屢屢爆出與無人機有關的恐怖襲擊之類的案件，危及人們的日常生活，政要的生命安全也受到挑戰(zhàn)。

據(jù)報道，2015年1月26日，周一，一架無人機墜毀在白宮草坪。白宮確實有自己特定的飛行管控，但無人機不易察覺。經(jīng)調(diào)查，操控無人機的是美國國防部下轄國家地理空間情報局的一名員工。美國連鎖餐廳TGI Fridays的一次“移動槲寄生”產(chǎn)品促銷上，無人機撞上布魯克林日報攝影記者Georgine Benvenuto的臉，割掉了她的鼻子末端和下巴。雖然這可能只是個案，但的確引發(fā)思考，無人機是否對野生動物造成威脅。

圖5 白宮附近無人機墜毀

無人機你這么火，你媽媽樂壞了吧?

無人機這么火，高興的是誰?那還用說?肯定是無人機“他媽”--制造廠商了，下面我們來看看這些偷著樂的芯片制造廠商的在無人機市場的鋒芒吧。

無人機飛控的大腦：微控制器，據(jù)介紹，在四軸飛行器的飛控主板上，需要用到的芯片并不多。

意法半導體高級市場工程師介紹，無人機/多軸飛行器主要部件包括飛行控制以及遙控器兩部分。其中飛行控制包括電調(diào)/馬達控制、飛機姿態(tài)控制以及云臺控制等。目前主流的電調(diào)控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。

(1)高通和英特爾推的飛控主芯片

CES上我們看到了高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器，他們采用了比微控制器(MCU)更為強大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器，它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機。這款無人機采用了“RealSense”技術(shù)，能夠建起3D地圖和感知周圍環(huán)境，它可以像一只蝙蝠一樣飛行，能主動避免障礙物。

英特爾的無人機是與一家德國工業(yè)無人機廠商Ascending Technologies合作開發(fā)，內(nèi)置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭，以及采用了四核的英特爾凌動(Atom)處理器的PCI- express定制卡，來處理距離遠近與傳感器的實時信息，以及如何避免近距離的障礙物。這兩家公司在CES展示如此強大功能的無人機，一是看好無人機的市場，二是美國即將推出相關法規(guī)，對無人機的飛行將有嚴格的管控。

(2)多軸無人機的MEMS傳感

目前業(yè)內(nèi)的玩具級飛行器，雖然大部分從三軸升級到了六軸MEMS，但通常采用的都是消費類產(chǎn)品如平板或手機上較常用的價格敏感型型號。在專業(yè)航拍以及專為航模發(fā)燒友開發(fā)的中高端無人機上，則會用到質(zhì)量更為價格更高的傳感器，以保障無人機更為穩(wěn)定、安全的飛行。這些 MEMS傳感器主要用來實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因為MEMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化，在檢測到角度變化后，就可以控制電機向相反的方向轉(zhuǎn)動，進而達到穩(wěn)定的效果。這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)基于ARM的無人機陀螺儀接口結(jié)構(gòu)

由于機載燃油和電能儲備的制約，無人機載設備要求小巧輕便，能效比高，因此對芯片的選型及電路結(jié)構(gòu)提出了較高的要求。綜合穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)精度、工作溫度、封裝體積以及能耗等各方面因素，無人機陀螺儀的主控芯片選用ARM 32 bit CortexTM M3內(nèi)核的STM32F103T8處理器。其內(nèi)建64 KB的閃存存儲器和20 KB的運行內(nèi)存，以及7通道的DMA、7個定時器、2個UART端口等。通過板載的8 MHz晶體和STM32內(nèi)部的PLL，控制器可以運行在72 MHz的主頻上，為姿態(tài)解算提供強大的硬件支持。

三軸加速度與三軸角速度傳感器采用Invensense公司的MPU-6050單芯片方案，此芯片為全球首例整合性6軸運動處理組件，相比其他多芯片實現(xiàn)方案，免除了整合陀螺儀與加速度器軸間差的問題，大大減少了封裝空間。三軸磁力計采用Honeywell公司的HMC5883L芯片，此芯片內(nèi)部采用先進的高分辨率HMC188X系列磁阻傳感器與行業(yè)領先的各向異性磁阻技術(shù)(AMR)，具有軸向高靈敏度和線性高精度的特點，測量范圍從毫高斯到8高斯，穩(wěn)定可靠。氣壓傳感器采用博世公司的BMP180芯片，該芯片性能卓越，絕對精度可以達到0.03 hpa，并且功耗極低。傳感器采用強大的7 pin陶瓷無引線芯片承載(LCC)超薄封裝，安裝使用方便。各傳感器與ARM處理器采用I2C總線連接，示意圖如圖6所示。

圖6、傳感器與ARM處理器I2C總線連接圖

(4)陀螺儀與FIFO及FPGA的連接

處理器采集各傳感器信號，在ARM內(nèi)部進行姿態(tài)解算，進而得到俯仰角、橫滾角、航向角、氣壓、高度和溫度信息。為了及時將解算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送回地面 站，處理器控制寫請求信號wrreq和寫時鐘wrclk將這些數(shù)據(jù)高速寫入FIFO，然后回到飛行控制程序，進行下一周期的姿態(tài)解算。FIFO在數(shù)據(jù)寫滿 后，寫滿標志位 wrfull會置高電平，ARM處理器通過檢測寫滿標志位的狀態(tài)來判斷是否繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。與此同時，在FPGA中通過檢測所讀取FIFO是否為空標志位 rdempty來判斷是否繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。讀空標志位為低電平代表FIFO中有數(shù)據(jù)，可以讀取，則配合讀請求信號rdreq和讀時鐘rdclk及時讀取數(shù) 據(jù)，直到將數(shù)據(jù)全部讀出，標志位變?yōu)楦唠娖?，此時FIFO中已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)。

未來世界的無人機是怎么樣的呢?

在未來的無人機領域，技術(shù)上，毫無疑問會飛速發(fā)展并深入改進，在各方面皆有提高，甚至超出人們的想象。未來的無人機啥樣子?據(jù)悉，5月23日，原空軍指揮學院作戰(zhàn)指揮系情報外軍教研室教授、空軍大校陳洪作客重慶科技館“科技·人文大講壇”時透露，未來的無人機可以小得像蜂鳥一樣，時速可以達到上萬公里。“未來無人機的發(fā)展方向是：微型無人機;長航時、隱形化、精準分辨率無人機;高超音速、空天化無人機和無人戰(zhàn)斗機。”

我們在來看看世界上知名的那些電腦軟件大佬們，眾所周知，微軟公司是世界PC機軟件開發(fā)的先導，是目前全球最大的電腦軟件提供商。微軟中國區(qū) MVP 彭斌于2007年創(chuàng)立極飛，還有零度控制等等無人機品牌，在將來的發(fā)展中它會不會結(jié)合之前公司的優(yōu)勢設計出更加先進的無人機呢?讓我們拭目以待。

今年三月份有消息稱騰訊將和九星科技合作推出一款四旋翼無人機F350，據(jù)介紹，此款無人機是一款小型四旋翼無人機，采用高度集成的設計方案，集成了飛控、GPS、遙控器和電調(diào)，還采用了高性能、低噪音的無刷電機和調(diào)速器，配有碳纖維螺旋槳，到手后無需安裝，稍加調(diào)試即可飛行。內(nèi)置攝像頭，無需外掛云臺即可航拍，F(xiàn)350也支持外掛雙軸云臺，可安裝更專業(yè)的拍照設備。

再來看看世界上最大的半導體公司，也是第一家推出x86架構(gòu)處理器的公司---因特爾?，F(xiàn)在，英特爾把RealSense技術(shù)也應用到了無人機身上。它們結(jié)合后的成果是--再也不會發(fā)生無人機撞到人或其他物體的情況了。當人靠近無人機的時候，這個小家伙就會自行避開，而不再需要獲得操作員發(fā)出的指令之后才做出避讓的反應。無論是左邊、右邊還是上邊、下邊，這架無人機總能避開障礙物。

眾多無人機品牌充斥著市場，目前除大疆外，其他品牌還待進一步發(fā)展，相比較獨占鰲頭的局面，相信有一天各大無人機品牌在無人機領域百花爭艷的局面更是人們多期待的。