21世紀(jì) 且看無(wú)人機(jī)如何玩轉(zhuǎn)新時(shí)代show場(chǎng)

無(wú)人機(jī)搖身一變成“明星”

現(xiàn)今社會(huì)，幾乎各個(gè)角落皆有無(wú)人機(jī)的蹤影，無(wú)論是在軍事，民用，搶險(xiǎn)救災(zāi)等方面，除此之外，銀屏上我們也不時(shí)可以見(jiàn)到無(wú)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(wú)人機(jī)助陣，《爸爸去哪兒》劇組用大疆筋斗云系列無(wú)人機(jī)搭配禪思 Z15-5D 云臺(tái);《花兒與少年》中也應(yīng)用了無(wú)人機(jī)，提高節(jié)目檔次的同時(shí)給節(jié)目帶來(lái)無(wú)限的樂(lè)趣;電影《狼圖騰》用DJI S1000多旋翼機(jī)和蟬思Z-15系列云臺(tái)拍攝畫(huà)面。無(wú)人機(jī)在多角度的體育賽事直播、農(nóng)業(yè)信息手機(jī)監(jiān)測(cè)等等方面也發(fā)揮著重要的作用，亞馬遜“無(wú)人機(jī)送貨計(jì)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(wú)人機(jī)搭配禪思 Z15-5D 云臺(tái)

圖2 滑雪比賽中無(wú)人機(jī)拍攝

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)助力小伙求婚成功，閩江之上，一架無(wú)人機(jī)載著婚戒緩緩飛到眼前，游艇上的女生，頓時(shí)感動(dòng)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(wú)人機(jī)送婚戒

有句古話(huà)叫做“時(shí)勢(shì)造就英雄”，從現(xiàn)在的時(shí)代背景來(lái)看，大學(xué)里的“屌絲”們?yōu)榱瞬挥靡崎_(kāi)盯著電腦屏幕打“lol”的雙眼，接著當(dāng)代時(shí)代“英雄”也就應(yīng)運(yùn)而生，就在前不久，“懶人神器”---送餐“無(wú)人機(jī)”就這么誕生了，據(jù)悉，這位來(lái)自西南科技大學(xué)的胡同學(xué)介紹這款外賣(mài)無(wú)人機(jī)時(shí)，他稱(chēng)，其采用GPS定位，通過(guò)數(shù)控提前設(shè)計(jì)好航線(xiàn)以便無(wú)人機(jī)達(dá)到精確直達(dá)，他這一代無(wú)人機(jī)最多攜帶5kg食物，可滿(mǎn)足6人宿舍需要。無(wú)人機(jī)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(xué)生又成功實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)送餐。

圖4 大學(xué)生研制無(wú)人機(jī)送餐

自從進(jìn)入5月，無(wú)人機(jī)行業(yè)再引關(guān)注，無(wú)人機(jī)成“創(chuàng)客”選擇的香餑餑。大疆無(wú)人機(jī)宣布獲得風(fēng)投公司7500萬(wàn)美元的融資，成為全球收入最高的民用無(wú)人機(jī)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(jìn)入無(wú)人機(jī)領(lǐng)域。

如今，還有更多的創(chuàng)業(yè)者開(kāi)始投身無(wú)人機(jī)行業(yè)，在龍崗的創(chuàng)客集中地，無(wú)人機(jī)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)并不是一個(gè)罕見(jiàn)的名詞。無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)的生產(chǎn)公司，就是深圳大疆創(chuàng)新科技公司，2010年銷(xiāo)售額僅300多萬(wàn)元，而2014年?duì)I收卻近30億元，5年翻了100倍。就在5月6日，據(jù)路透社報(bào)道，深圳的無(wú)人機(jī)制造商大疆創(chuàng)新科技已經(jīng)獲得了硅谷知名風(fēng)投公司Accel Partners的7500萬(wàn)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(dāng)前大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的背景下，許多航模愛(ài)好者、無(wú)人機(jī)“發(fā)燒友”、配套產(chǎn)業(yè)人才紛紛加入，使深圳的無(wú)人機(jī)行業(yè)成為“高精尖”人才聚集地。

“不安分”的無(wú)人機(jī)使人愁

無(wú)人機(jī)在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，當(dāng)然不可避免的也帶來(lái)了不少弊端。

人們對(duì)于無(wú)人機(jī)的軍事用途異議很大，“無(wú)人機(jī)襲擊”或無(wú)人機(jī)趁虛而入、摧毀目標(biāo)，尤其是以人為目標(biāo)的做法常引來(lái)道德批判。雖然，無(wú)人機(jī)已經(jīng)做了不少好事，比如災(zāi)后重建，植樹(shù)造林，運(yùn)送貨物。但是消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的使用還是讓人擔(dān)心，比如隱私問(wèn)題(很多機(jī)型都連接攝像機(jī))、監(jiān)管問(wèn)題和業(yè)余飛手的技術(shù)水平問(wèn)題。軍事上，屢屢爆出與無(wú)人機(jī)有關(guān)的恐怖襲擊之類(lèi)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(bào)道，2015年1月26日，周一，一架無(wú)人機(jī)墜毀在白宮草坪。白宮確實(shí)有自己特定的飛行管控，但無(wú)人機(jī)不易察覺(jué)。經(jīng)調(diào)查，操控?zé)o人機(jī)的是美國(guó)國(guó)防部下轄國(guó)家地理空間情報(bào)局的一名員工。美國(guó)連鎖餐廳TGI Fridays的一次“移動(dòng)槲寄生”產(chǎn)品促銷(xiāo)上，無(wú)人機(jī)撞上布魯克林日?qǐng)?bào)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(gè)案，但的確引發(fā)思考，無(wú)人機(jī)是否對(duì)野生動(dòng)物造成威脅。

圖5 白宮附近無(wú)人機(jī)墜毀

無(wú)人機(jī)你這么火，你媽媽樂(lè)壞了吧?

無(wú)人機(jī)這么火，高興的是誰(shuí)?那還用說(shuō)?肯定是無(wú)人機(jī)“他媽”--制造廠商了，下面我們來(lái)看看這些偷著樂(lè)的芯片制造廠商的在無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的鋒芒吧。

無(wú)人機(jī)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(dǎo)體高級(jí)市場(chǎng)工程師介紹，無(wú)人機(jī)/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(dá)控制、飛機(jī)姿態(tài)控制以及云臺(tái)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(qiáng)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(wú)人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開(kāi)發(fā)出來(lái)的飛行控制器，它有無(wú)線(xiàn)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(wú)人機(jī)。這款無(wú)人機(jī)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。

英特爾的無(wú)人機(jī)是與一家德國(guó)工業(yè)無(wú)人機(jī)廠商Ascending Technologies合作開(kāi)發(fā)，內(nèi)置了高達(dá)6個(gè)英特爾的“RealSense”3D攝像頭，以及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(yuǎn)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。這兩家公司在CES展示如此強(qiáng)大功能的無(wú)人機(jī)，一是看好無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)，二是美國(guó)即將推出相關(guān)法規(guī)，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行將有嚴(yán)格的管控。

(2)多軸無(wú)人機(jī)的MEMS傳感

目前業(yè)內(nèi)的玩具級(jí)飛行器，雖然大部分從三軸升級(jí)到了六軸MEMS，但通常采用的都是消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品如平板或手機(jī)上較常用的價(jià)格敏感型型號(hào)。在專(zhuān)業(yè)航拍以及專(zhuān)為航模發(fā)燒友開(kāi)發(fā)的中高端無(wú)人機(jī)上，則會(huì)用到質(zhì)量更為價(jià)格更高的傳感器，以保障無(wú)人機(jī)更為穩(wěn)定、安全的飛行。這些 MEMS傳感器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因?yàn)镸EMS傳感器可以檢測(cè)飛行器在飛行過(guò)程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化，在檢測(cè)到角度變化后，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果。這是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)基于ARM的無(wú)人機(jī)陀螺儀接口結(jié)構(gòu)

由于機(jī)載燃油和電能儲(chǔ)備的制約，無(wú)人機(jī)載設(shè)備要求小巧輕便，能效比高，因此對(duì)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(wú)人機(jī)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(chǔ)器和20 KB的運(yùn)行內(nèi)存，以及7通道的DMA、7個(gè)定時(shí)器、2個(gè)UART端口等。通過(guò)板載的8 MHz晶體和STM32內(nèi)部的PLL，控制器可以運(yùn)行在72 MHz的主頻上，為姿態(tài)解算提供強(qiáng)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(yùn)動(dòng)處理組件，相比其他多芯片實(shí)現(xiàn)方案，免除了整合陀螺儀與加速度器軸間差的問(wèn)題，大大減少了封裝空間。三軸磁力計(jì)采用Honeywell公司的HMC5883L芯片，此芯片內(nèi)部采用先進(jìn)的高分辨率HMC188X系列磁阻傳感器與行業(yè)領(lǐng)先的各向異性磁阻技術(shù)(AMR)，具有軸向高靈敏度和線(xiàn)性高精度的特點(diǎn)，測(cè)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(duì)精度可以達(dá)到0.03 hpa，并且功耗極低。傳感器采用強(qiáng)大的7 pin陶瓷無(wú)引線(xiàn)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(xiàn)連接，示意圖如圖6所示。

圖6、傳感器與ARM處理器I2C總線(xiàn)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(hào)，在ARM內(nèi)部進(jìn)行姿態(tài)解算，進(jìn)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(shí)將解算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送回地面 站，處理器控制寫(xiě)請(qǐng)求信號(hào)wrreq和寫(xiě)時(shí)鐘wrclk將這些數(shù)據(jù)高速寫(xiě)入FIFO，然后回到飛行控制程序，進(jìn)行下一周期的姿態(tài)解算。FIFO在數(shù)據(jù)寫(xiě)滿(mǎn) 后，寫(xiě)滿(mǎn)標(biāo)志位 wrfull會(huì)置高電平，ARM處理器通過(guò)檢測(cè)寫(xiě)滿(mǎn)標(biāo)志位的狀態(tài)來(lái)判斷是否繼續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，在FPGA中通過(guò)檢測(cè)所讀取FIFO是否為空標(biāo)志位 rdempty來(lái)判斷是否繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。讀空標(biāo)志位為低電平代表FIFO中有數(shù)據(jù)，可以讀取，則配合讀請(qǐng)求信號(hào)rdreq和讀時(shí)鐘rdclk及時(shí)讀取數(shù) 據(jù)，直到將數(shù)據(jù)全部讀出，標(biāo)志位變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)FIFO中已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)。

未來(lái)世界的無(wú)人機(jī)是怎么樣的呢?

在未來(lái)的無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，技術(shù)上，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)飛速發(fā)展并深入改進(jìn)，在各方面皆有提高，甚至超出人們的想象。未來(lái)的無(wú)人機(jī)啥樣子?據(jù)悉，5月23日，原空軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)指揮系情報(bào)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(shí)透露，未來(lái)的無(wú)人機(jī)可以小得像蜂鳥(niǎo)一樣，時(shí)速可以達(dá)到上萬(wàn)公里。“未來(lái)無(wú)人機(jī)的發(fā)展方向是：微型無(wú)人機(jī);長(zhǎng)航時(shí)、隱形化、精準(zhǔn)分辨率無(wú)人機(jī);高超音速、空天化無(wú)人機(jī)和無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)。”

我們?cè)趤?lái)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(jī)軟件開(kāi)發(fā)的先導(dǎo)，是目前全球最大的電腦軟件提供商。微軟中國(guó)區(qū) MVP 彭斌于2007年創(chuàng)立極飛，還有零度控制等等無(wú)人機(jī)品牌，在將來(lái)的發(fā)展中它會(huì)不會(huì)結(jié)合之前公司的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)出更加先進(jìn)的無(wú)人機(jī)呢?讓我們拭目以待。

今年三月份有消息稱(chēng)騰訊將和九星科技合作推出一款四旋翼無(wú)人機(jī)F350，據(jù)介紹，此款無(wú)人機(jī)是一款小型四旋翼無(wú)人機(jī)，采用高度集成的設(shè)計(jì)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(wú)刷電機(jī)和調(diào)速器，配有碳纖維螺旋槳，到手后無(wú)需安裝，稍加調(diào)試即可飛行。內(nèi)置攝像頭，無(wú)需外掛云臺(tái)即可航拍，F(xiàn)350也支持外掛雙軸云臺(tái)，可安裝更專(zhuān)業(yè)的拍照設(shè)備。

再來(lái)看看世界上最大的半導(dǎo)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(yīng)用到了無(wú)人機(jī)身上。它們結(jié)合后的成果是--再也不會(huì)發(fā)生無(wú)人機(jī)撞到人或其他物體的情況了。當(dāng)人靠近無(wú)人機(jī)的時(shí)候，這個(gè)小家伙就會(huì)自行避開(kāi)，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(yīng)。無(wú)論是左邊、右邊還是上邊、下邊，這架無(wú)人機(jī)總能避開(kāi)障礙物。

眾多無(wú)人機(jī)品牌充斥著市場(chǎng)，目前除大疆外，其他品牌還待進(jìn)一步發(fā)展，相比較獨(dú)占鰲頭的局面，相信有一天各大無(wú)人機(jī)品牌在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域百花爭(zhēng)艷的局面更是人們多期待的。