آشنایی با سنسور های کوادکوپتر | بخش اول

آشنایی با سنسور های کوادکوپتر | بخش اول

آشنایی با سنسور های کوادکوپتر | بخش اول

پهپاد ها و کوادکوپتر های مدرن امروزی به انواع سنسور های گوناگون مجهز شده اند تا بتوانند اطلاعات مربوط به هر لحظه از پرواز را به ثبت برسانند . تعدادی از این سنسور ها جزو ابزار های ضروری پرواز به حساب می آیند و برخی دیگر که بیشتر جنبه اختیاری دارند می توانند عملکرد پروازی را بهبود ببخشند .
ما در مقاله آشنایی با سنسور های کوادکوپتر | بخش اول  قصد داریم این سنسور ها را به شما معرفی کنیم و توضیحاتی مختصر در رابطه با هر یک از آن ها ارائه دهیم . علاوه بر آن نگاهی به نحوه کار سنسور ها در سیستم های پروازی بدون سرنشین خواهیم داشت و اطلاعات ارائه شده توسط هر کدام را بررسی خواهیم کرد .

سنسور های کوادکوپتر

  • ژیروسکوپ (Gyroscope)

ژیروسکوپ که با نام Gyro نیز شناخته می شود در واقع تنها سنسوری است که کوادکوپتر واقعا به آن نیاز دارد تا بتواند پرواز هایی با ثبات را به اجرا در آورد . این سنسور اطلاعات بسیار مهمی را در اختیار کنترل کننده پرواز قرار می دهد و سرعت چرخش کوادکوپتر حول محور های roll، pitch و yaw را مشخص می کند . در ادامه نیز این اطلاعات توسط چرخه داخلی مکانیزم کنترلی PID تجزیه و تحلیل می شوند تا ثبات مورد نیاز سیستم در طول پرواز فراهم شود .

زمانی که فرمان های کنترلی roll، pitch و yaw دست نخورده باقی می مانند و در حالت طبیعی خود هستند کوادکوپتر نباید هیچ گونه چرخشی داشته باشد . به عبارت دیگر در چنین حالتی سیستم باید رفتار فعلی خود را حفظ کند ، تلو تلو نخورد ، و چرخش های ناگهانی و بی هدف نداشته باشد .
اما در صورتی که چرخش ها و جابجایی های ناخواسته در رفتار کوادکوپتر مشاهده شود ، اطلاعات مورد نیاز از سنسور ژیروسکوپ دریافت شده و اقدامات متقابل بر اساس آن ها صورت می پذیرد تا به این ترتیب ثبات به عملکرد پروازی کوادکوپتر بازگردد و شرایط مطلوب بر وضعیت آن حاکم شود .

در مقابل زمانی که خلبان تغییراتی را در وضعیت فرمان های کنترلی به وجود می آورد ، سیگنال ها توسط گیرنده دریافت شده و در اختیار کنترل کننده پرواز قرار می گیرد . کنترل کننده پرواز نیز این دستورات را تجزیه و تحلیل کرده و نرخ چرخش را پس از اعمال تصحیحات لازم اعلام می کند .

ژیروسکوپ در تمام حالت های پروازی مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین تمام پهباد ها و کوادکوپتر ها بدون استثنا باید از آن برخوردار باشند .
لازم به ذکر است که سنسور های gyro از طریق گذرگاه های I2C و SPI به سیستم متصل می شوند و می توانند اطلاعات جدید را با فرکانس ۱kHZ یا حتی در مواردی ۸kHz فراهم کنند .

آشنایی با سنسور های مورد استفاده در کوادکوپتر ها

  • شتاب سنج ( Accelerometer )

شتاب سنج همانطور که از نام آن مشخص است اطلاعاتی در رابطه با شتاب کوادکوپتر و نیروی شتاب در جهت محور های X ، Y و Z فراهم می کند .
زمانی که کوادکوپتر در حالت معمولی قرار دارد و کاملا ثابت و بدون حرکت است ، سنسور accelerometer تنها یک شتاب را گزارش می دهد که برابر با ۱g جاذبه زمین است و کوادکوپتر را به سمت پایین می کشد .
اما زمانی که کوادکوپتر ۹۰ درجه به سمت چپ گرایش پیدا می کند ، نیروی شتاب در راستای محور Z برابر با ۰g می شود و در عوض محور Y نیروی شتاب برابر با ۱g را گزارش می دهد .
با توجه به چنین فرایندی اطلاعات به دست آمده از شتاب سنج می توانند مورد استفاده قرار گیرند تا مشخص شود کدام قسمت از کوادکوپتر به سمت بالا قرار گرفته است ،
کدام قسمت به سمت پایین قرار گرفته است ، و به طور کلی گرایش لحظه ای آن چگونه است . جالب است بدانید سنسور ژیروسکوپ به هیچ وجه نمی تواند چنین داده هایی را در اختیار شما قرار دهد .

سنسور شتاب سنج عمدتا در حالت های پروازی تثبیت شده همچون Angle، Horizon، Attitude و … به کار گرفته می شود . در چنین حالت هایی دستورات صادر شده توسط خلبان پس از تجزیه و تحلیل به جای نرخ چرخش به گرایش (شیب) مطلوب تبدیل می شوند .
البته نباید این نکته را فراموش کنیم که حالت های پروازی تثبیت شده علاوه بر شتاب سنج به ژیروسکوپ نیز احتیاج دارند و اجرای آن ها بدون این سنسور امکان پذیر نخواهد بود .
به عبارت دیگر داده های وارد شده توسط خلبان ابتدا به گرایش مطلوب تبدیل می شوند . در ادامه این گرایش مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد  تا نرح چرخش مورد نیاز برای اجرای آن مشخص شود .

یکی دیگر از کاربرد های سنسور accelerometer بر آورد موقعیت مکانی کوادکوپتر در کوتاه مدت است . در صورتی که سیستم پروازی و شتاب سنج نصب شده روی آن به درستی کالیبره شده باشند ، بازخوانی های صورت گرفته توسط این سنسور می توانند به منظور تشخیص حرکات (سرعت و فاصله) کوادکوپتر در بازه های زمانی کوتاه مدت (حداکثر چند ثانیه) مورد استفاده قرار گیرند . بهره گیری از داده های شتاب سنج به این روش معمولا در پرواز های INAV مرسوم است .

مشکل اصلی که به سنسور های شتاب سنج نسبت داده می شود این است که از دقت بالایی برخوردار نیستند . از سوی دیگر این سنسور ها نمی توانند بین گرانش زمین و شتاب کوادکوپتر تفاوت قائل شوند . متاسفانه شتاب ناشی از حرکت می تواند توانایی accelerometer در تعیین گرایش کوادکوپتر را تحت تاثیر قرار دهد . علاوه بر آن لرزش ها نیز به راحتی می توانند تاثیرات منفی بر عملکرد شتاب سنج داشته باشند .

شتاب سنج ها در بسیاری از مواقع به همراه ژیروسکوپ داخل یک پکیج تعبیه شده اند .

 

آشنایی با سنسور های مورد استفاده در کوادکوپتر ها

  • بارومتر (Barometer)

سنسور بارومتر اساسا وظیفه اندازه گیری فشار هوا را بر عهده دارد . با توجه به اینکه فشار هوا با افزایش ارتفاع کاهش پیدا می کند ، در نتیجه می توان گفت بارومتر به منظور اندازی گیری ارتفاع نیز مورد استفاده قرار می گیرد . بارومتر ها از لحاظ تئوری ابزار هایی فوق العاده دقیق به حساب می آیند ، اما متاسفانه دارای نقاط ضعفی نیز هستند :

  • برای اندازه گیری دقیق ارتفاع (ASL) در هر نقطه باید فشار هوای سطح دریا در آن محل مشخص باشد . بدون چنین اطلاعاتی تنها ارتفاع نسبت به نقطه شروع پرواز قابل اندازه گیری خواهد بود .
  • با توجه به اینکه فشار هوا همواره ثابت نیست ، احتمال بروز اشتباه در تخمین ارتفاع وجود دارد .
  • باد یا جابجایی های سریع و پی در پی هوا می تواند باعث تغییر فشار هوا شود و فرایند اندازه گیری ارتفاع را تحت تاثیر قرار دهد .

بنابراین بدون کالیبره کردن بارومتر در بازه های زمانی نزدیک به هم و منظم ، این سنسور تنها می تواند اندازه گیری های دقیق را در مدت زمان کوتاه ارائه دهد . از سوی دیگر در شرایط خاص تغییرات آب و هوایی تنها چند دقیقه پس از شروع پرواز می تواند باعث به وجود آمدن اختلافات چند متری در اندازه گیری و حفظ ارتفاع شود .

سنسور های بارومتر فقط به منظور اجرای قابلیت Altitude hold (حفظ ارتفاع به صورت خودکار) و حالت های پروازی خودکار همچون return to home (بازگشت به خانه) مورد استفاده قرار می گیرند .
در حال حاضر مدل های BMP180/085، BMP280 و MS5611 جز معروف ترین بارومتر های موجود در بازار به حساب می آیند. لازم به ذکر است که بارومتر ها نیز با استفاده از گذرگاه I2C به سیستم متصل می شوند .

 

آشنایی با سنسور های مورد استفاده در کوادکوپتر ها

امیدواریم این مطلب توانسته باشد اطلاعات مفیدی را در رابطه با کوادکوپتر های دوربین دار و اجزای تشکیل دهنده آن ها در اختیار شما عزیزان قرار داده باشد . توصیه می کنیم به منظور آشنایی با چهار سنسور باقی مانده به قسمت دوم این مقاله مراجعه نمایید . جهان آرسی مفتخر است تا با ارائه مدل های متنوع پروازی پاسخ گوی نیاز های متعدد کاربران باشد .

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

میخواهید به بحث بپیوندید؟
احساس رایگان برای کمک!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *