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正确判断无人机指向故障 让电子罗盘远离磁干扰
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2017-12-10
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电子罗盘作为无人机产品的重要组成部件，承载着为无人机引导绝对方位的功能。对于普通设计者而言，经常会遇到电子罗盘校正困难，校正需求过于频繁，动态、高速运行时突发偏离，以及无论怎么校正电子罗盘都无法正常运行的情况。以上故障的发生，主要原因是电子罗盘受到了磁场干扰，而针对于这一问题，全球领先的磁传感器公司爱盛科技给出了简单而高效的解决方案。目前，爱盛科技旗下3×3mm LGA封装的地磁传感器IST8310，在无人机市场的市占率超过80%，市场上能够看到的大厂的无人机产品，都采用了爱盛科技的地磁传感器，是现今主流无人机使用地磁传感器的标杆产品，因此下文提及的无人机测试样本，也均为这一型号。众所周知，磁场和距离的多次方成反比，而无人机内部电子罗盘和其余电子元器件距离较近，因此内部系统排布的不合理会导致电子罗盘受到磁场干扰，而这一情况又往往被设计者忽略。为了避免在实际飞行时因电子罗盘故障而出现坠机情况，在无人机完成硬件打样或试作后，无需进行实际飞行，通过测试即可完成对电子罗盘的准确分析。在前期测试中，先用木材、塑料、泡棉、铝材没有磁场的材料将无人机固定，值得注意的是，无人机最好安装外壳和旋翼，这能够最大程度去模拟真实飞行时的情况。考虑到无人机马达和电路可能为磁场干扰源，因此我们需要从I2C接口导出“X轴磁场大小、Y轴磁场大小、Z轴磁场大小、油门大小”这几项数据加以储存并相互对比，作为后续分析的重要依据。
图1：无人机内部系统设计合理 油门开启时磁场感应规律且稳定
测试过程中，只需将油门从关闭调整到开启状态并逐级推进，进行几轮反复测试，最终将几轮测试的数据汇总到同一时间轴上进行展现。由于无人机已经被固定住，并没有出现方位的移动，因此理论上无论油门如何调整，X、Y、Z各轴磁场的数字应变化不大，呈现出区域平稳的态势。但实际上，由于电子罗盘组件本身及系统都会有噪声，因此数据线条会有一定程度的上下抖动，但趋势应是不变的，抖动的幅度越小，意味着移动路线越稳定。同理，在油门开启或关闭时，实际也会产生一个突波影响电路，磁场同样会产生波动，数据线条抖动越小，也代表电子罗盘放置的位置比较好，系统的整体设计比较合理。如图1所示，一个内部系统设计正确的无人机，在测试中经历了四次油门变化，从零加速到100%，但是指向角度、X轴、Y轴、Z轴磁场都没有强烈波动，只有在油门开启或关闭时，数据会有些许的波动。说明在运作时电子罗盘不会受到系统内的磁场干扰影响，无人机将有较好的操控性能。
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