会社ブログについて ST LIS3DH 3軸MEMS加速度センサー I2C/SPIインターフェース ドローンアプリケーション向け

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. は ST を供給およびリサイクルしています。LIS3DHI²C/SPI インターフェイスを備えた 3 軸 MEMS 加速度計で、ドローン アプリケーションに適しています。

STLIS3DHSTMicroelectronics が発売した超低電力、高性能 3 軸リニア MEMS 加速度計です。これは、実証済みの MEMS センシング アーキテクチャとデジタル信号処理ユニットを統合した、新世代のナノスケール慣性センサーに属します。デュアル I²C/SPI 通信インターフェイスが標準装備されており、高い検出精度、広いダイナミック レンジ、低消費電力、強力な耐振動性などの重要な利点を提供します。これは、民生用および産業用小型ドローンの姿勢センシング、動作検出、姿勢補償、安全保護に最適であり、軽量でコスト効率の高いドローン飛行制御システムの中核となるセンサーコンポーネントとなっています。

私。LIS3DHコアハードウェアパフォーマンスパラメータ

LIS3DH は、動的モーション検出シナリオ向けに特に最適化されており、ドローンの複雑な飛行条件に適応します。その中核となる性能パラメータは、ドローンの飛行姿勢検出の要件を包括的にカバーし、安定性と実用性のバランスを提供します。

のLIS3DH4 つの動的に調整可能な測定範囲: ±2g、±4g、±8g、±16g をサポートしており、ドローンの飛行シナリオに応じて柔軟に切り替えることができます。日常的なホバリングと安定した飛行の場合、姿勢検出精度を確保するために高精度の ±2g 設定が使用されます。高速操作、ダイブ、ロール、その他の極端な飛行シナリオでは、より広い範囲に切り替えてデータの飽和と歪みを防ぎ、あらゆる動作条件下ですべての UAV の動作状態に完全に適応します。出力データレートは 1 Hz ～ 5.3 kHz の範囲内で柔軟に設定できます。低速モードは静的姿勢校正要件を満たしますが、高速モードは UAV の姿勢の瞬間的な変化を正確に捕捉し、高頻度の飛行制御更新の要求に応えます。

消費電力と安定性の観点から、LIS3DHマルチステージの超低電力動作モードを備えています。スリープモードと低電力動作モードにより、ドローンの搭載電源からの電力消費が大幅に削減され、飛行持続時間が効果的に延長され、リチウム電池を搭載した小型ドローンデバイスに適しています。このデバイスには、セルフテスト機能、温度補償メカニズム、および防振フィルタリングアルゴリズムが組み込まれており、ドローン飛行中のモーター振動や気流の乱れによって引き起こされる検出ノイズを効果的に抑制し、安定した3軸加速度データ出力を保証し、データドリフトやスプリアス読み取りなどの問題を排除します。さらに、そのマイクロパッケージ設計はコンパクトで非常に軽量であるため、ドローンの機体に余分な負荷を加えることなく、軽量ドローン設計のトレンドに沿っています。

II.デュアル I2C/SPI インターフェイスの主な利点

のLIS3DH2 つのユニバーサル デジタル通信インターフェイス (I2C および SPI) が標準装備されており、主流のドローン フライト コントローラー メインボード (STM32、ESP32、AT32 など) と互換性があります。さまざまなハードウェア アーキテクチャを備えた飛行制御システムに適応できるため、デバイスの互換性の柔軟性が大幅に向上し、ドローンの多様な配線、データ レート、拡張要件に対応できます。

1. I2C インターフェイス: 軽量拡張のための推奨選択肢

I2C インターフェイスは 2 線式通信モードを利用し、メイン コントローラー上の最小限のピン リソースを占有し、配線がシンプルであると同時に、複数のデバイスのデイジーチェーン接続をサポートします。小型のミニドローンや複数のセンサーを統合した飛行制御システムの場合、LIS3DHI2C バスをジャイロスコープ、気圧計、磁力計などのセンサー デバイスと共有できます。これにより、ハードウェア回路設計が簡素化され、飛行制御基板のサイズが縮小され、ハードウェアのコストが削減され、軽量で統合されたドローンの設計要件を完全に満たします。このインターフェースは安定した通信と適度な耐干渉性を備え、従来のドローンの姿勢データ更新周波数要件を最大 100 Hz で満たすことができます。

2. SPIインターフェース：高速・高精度伝送を保証

SPIインターフェースは、I2Cをはるかに上回るデータ転送速度、極めて低いデータ伝送遅延、優れた耐干渉性を備えた高速全二重通信をサポートします。レーシングドローン、航空写真ドローン、産業用検査ドローンなど、極めて高い姿勢応答速度を必要とするデバイスの場合、SPI インターフェイスはセンサーの最大出力レート 5.3 kHz に一致し、リアルタイムで遅延のない加速度データの送信を可能にします。これにより、飛行制御アルゴリズムからの迅速な反復応答が保証され、飛行姿勢の正確な修正が可能になり、高速飛行や操縦可能な旋回中の姿勢遅れや飛行逸脱などの問題が防止されます。

Ⅲ．のコア アプリケーション シナリオLIS3DHドローンで

ドローン飛行制御の核心は、機体の姿勢や運動状態を正確に感知することにあります。高精度な3軸加速度検出機能を活かし、LIS3DH機体の X、Y、Z 軸に沿った線形加速度データを収集できます。アルゴリズム計算によりピッチ角やロール角などの姿勢パラメータを導き出し、ドローンの飛行制御と安全保護を包括的にサポートします。

1. 基本的な姿勢安定化制御

ホバリング、水平飛行、旋回などの基本的な飛行状態では、LIS3DH機体の傾きや偏りによる加速度の変化をリアルタイムに検出します。飛行制御 PID アルゴリズムと組み合わせることで、モーターの速度と出力をリアルタイムで調整して機体の姿勢を修正し、気流や風による飛行の乱れを防ぎます。これにより、ドローンの安定した飛行が保証され、空撮中の画像の揺れや飛行の逸脱などの問題が効果的に解決され、ドローンの自己安定化システムの中核となるデータソースとして機能します。従来のセンサーと比較して、その低ノイズ特性により姿勢計算精度が大幅に向上し、低空ホバリングや定点飛行がより安定します。

2. 運動状態の検出と軌道修正

ドローンの巡航中、ルート飛行中、および操縦中に、LIS3DH加速、減速、傾き、回転などの動的な動作パラメータを正確に捕捉し、機体の動作状態に関するリアルタイムのフィードバックを提供します。飛行制御システムはセンサーデータを使用して飛行軌道をリアルタイムに修正し、ドローンが事前に設定されたルートに沿って正確に飛行できるようにします。航空写真や測量、送電線の検査、農作物の保護など、正確な軌道制御が必要な運用シナリオに適しています。さらに、センサーの広い測定範囲は、急な上昇や下降、急旋回などの激しい操作に対応し、データ損失を防ぎます。

3. 落下防止と安全対策

のLIS3DHカスタマイズ可能な加速しきい値割り込みトリガー機能をサポートしており、構成レジスタを介して異常加速しきい値を設定できます。制御不能な落下、衝突、衝突などの突然の状況が発生した場合、3 軸の加速度データは瞬時に変化します。センサーは割り込み信号を迅速にトリガーし、その信号はフライト コントローラーのメイン プロセッサにフィードバックされます。メインコントローラーは、モーターを迅速にロックして電源を遮断するなどの緊急保護ロジックを即座に実行できるため、機体やプロペラの損傷の可能性が軽減されます。同時に、飛行障害記録と併用して、その後の障害診断のためのデータサポートを提供し、ドローン飛行の安全性を大幅に向上させることができます。

4. 補助慣性航法と姿勢校正

GPS 信号がない、または衛星信号が弱いシナリオ (屋内飛行、建物間の点検、密林での低空飛行) では、LIS3DHジャイロスコープと組み合わせて慣性測定ユニット (IMU) を形成できます。加速度データを使用してジャイロスコープの積分ドリフト誤差を補正することで、高精度の純粋な慣性姿勢ナビゲーションを実現し、信号のない環境でもドローンの安定した動作を保証します。さらに、センサーは電源投入時に自動姿勢校正を実行し、機体の水平基準面を迅速に特定して、設置のずれによって引き起こされる測定誤差を排除し、飛行制御の精度を高めます。

IV.概要LIS3DHドローン用途における の利点

同様の MEMS 加速度計と比較すると、ST はLIS3DHドローンアプリケーションにおいて重要な包括的な利点を提供します。まず、デュアル インターフェイスの互換性により、軽量統合と高速データ伝送の必要性のバランスが取れており、あらゆるカテゴリの UAV ハードウェア ソリューションに適しています。第二に、広い測定範囲と調整可能な高精度により、静的なホバリングから動的な操作まで、あらゆる動作条件をカバーします。第三に、超低消費電力設計により、UAV 全体の消費電力が効果的に削減され、飛行持続時間が延長されます。第 4 に、その高い安定性と耐干渉性により、UAV の振動や気流の乱れなどの複雑な飛行環境に適しています。 5 番目に、コストパフォーマンスに優れており、開発が簡単です。包括的な公式ドライバーと簡単なレジスタ構成を備えているため、さまざまな飛行制御システムに迅速に適応でき、製品開発サイクルを大幅に短縮できます。

これらの複数の主要な利点のおかげで、ST はLIS3DH民生用空撮ドローン、レーシングドローン、小型産業用検査ドローン、教育訓練用ドローンなど、さまざまな機器に広く採用されています。これは、ドローン飛行制御における慣性感知システムに推奨される、コスト効率が高く信頼性の高い 3 軸加速度計ソリューションです。