剖析无人机中的传感器和无线技术

感器读数产生可变动移位。因此它也需要磁性传感器校正算法，以过滤掉这些异常状况。 这时候最重要的是让用户不必费力，运算法就能快速进行校正。

除了方向的感测，磁性传感器也可以用来侦测四周的磁性与含铁金属，例如电极、电线、车辆、其他无人机等等，以避免事故发生。

气压计

气压计运作的原理，就是利用大气压力换算出高度。 压力传感器能侦测地球的大气压力。 由气压计所提供的数据能协助无人机导航，上升到所需的高度。准确估计上升与下降速度，对无人机飞行控制来说相当重要。意法半导体已推出LPS22HD压力传感器，数据速率达200Hz可满足预测高度时的需求。

无人机传感器的重要特点

无人机很容易受到极端状况的影响，包括震动、噪音与环境。无人机里所使用的传感器应该具备高度防震功能，撷取的噪音越少越好，而且速度够快能吸收所有震动。不可以因为温度、湿度等环境参数的变化就影响效能。 最后它还要耗电超低，以提供更高的电池续航力。

运算法所扮演的角色

要将原始的传感器数据转换成有意义的使用案例，软件数据库扮演了相当重要的角色。 算法可扩大传感器功能，使其超越原本已知范围。运算法还能结合来自不同传感器的输入，产生具备情境感知特色的输出。

加速度计、陀螺仪与磁罗盘这三种动作传感器各有不同优缺点。传感器的限制包括校正不够完美，也会因为时间、温度与随机噪音而产生漂移。 磁力计与加速度计容易失真，陀螺仪则是原本就会出现漂移现象。 我们可利用传感器融合数据库来相互校正这些传感器，以打造在所有情境下都能得到正确结果的条件。 它不只能提供校正过的传感器输出，还有角度与航向角的信息，以及四元数角度。

特定应用传感器

这类传感器并不影响无人机的核心功能运作，但越来越常被用在无人机上，以提供各种不同应用，例如气候监测、农耕用途等。

湿度传感器

湿度传感器能监测湿度参数，相关数据则可应用在气象站、凝结高度监测、空气密度监测与气体传感器测量结果的修正。

意法半导体已推出HTS221湿度传感器，其中包含一个感测组件和一个模拟前端，可透过数字串行接口提供测量信息。 这个感测组件包含了一个高分子介电质平面晶体管结构，能监测相对湿度的变化。

MEMS麦克风

MEMS麦克风是一种能将声音频号转换为电子讯号的音频传感器。 MEMS麦克风正逐渐取代传统麦克风，因为它们能提供更高的讯噪比（SNR）、更小的外型尺寸、更好的射频抗扰性，面对震动时也更加稳健。 这类传感器可用在无人机的影片拍摄、监控、间谍行动等应用。

无人机的联网功能

无人机有各种不同的联网技术选项可考虑。 低功耗蓝牙（BLE）与Wi-Fi多半用于智能手机联网，Sub-1GHz则是用在远程控制器，能提供更远距离的联网功能。

下图列举了不同种技术在有效距离与能耗方面的差异。 接下来我们将进一步讨论BLE、RF sub-1GHz 以及Sigfox等低功率技术。

Bluetooth Smart低功耗蓝牙技术（BLE）

Bluetooth Smart又称为低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE），能提供无人机低功耗的联网功能。 这种技术适合低阶机种，特别是玩具无人机。 它能让无人机和做为控制装置的智能手机、平板、手提电脑或专用远程控制器进行双向通讯。低功耗蓝牙能让无人机具备绝佳的电池续航力，这是使用Wi-Fi、传统蓝牙（Classical Bluetooth）等传统无线技术所不可能达到的。

低功耗蓝牙使用的是2.4GHz免费授权ISM频段。相关标准由蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）负责管理，并支持各大智能手机品牌。

低功耗蓝牙装置有两种主要做法：

a.网络处理器

网络处理器是一种执行低功耗蓝牙通讯协议的低功耗蓝牙装置，其中包含控制器、主控组件与堆栈。但它需要一个独立的微控制器，才能搭配执行低功耗蓝牙配置文件和应用程序的主要微控制器并顺利运作。它也是一套独立的平台，能提供更大的弹性空间，让用户选择最适合的微控制器或操作系统。 BlueNRG-MS是意法半导体所推出的网络处理器，可支持BLE 4.1规范。这款IC能同时担任主控(master)与从属(slave)，如此一来远程摇控器就能做为智能手机的从属装置，同时也是无人机的主控装置。

b.系统芯片（SoC）

系统芯片是一种独立的芯片组，包含控制器、主控组件、堆栈配置文件和应用程序。 意法半导体的BlueNRG-1是一款通过BLE 4.2认证的系统单芯片，其中包含15个GPIO、I2C、SPI、UART、PWM、PDM以及160kb的RAM。因为支持BLE 4.2规范，这种IC还能提供先进的安全与隐私功能。

RF sub-1GHz

正如名称