无人机上的传感器有哪些？

随着无人机技术的进步，无人机逐渐由军用领域拓展到了民用领域，并成为近几年迅速发展的新兴产业。

文/ 传感器技术

如今，无人机已经广泛应用于气象监测、国土资源执法、环境保护、遥感航拍、抗震救灾、快递运送等领域。 随着物联网的发展，无人机对物联网技术的运用不断增加，为了能更好的控制无人机的飞行，各种传感器的运用则起到了十分重要的作用。

因此，有人将无人机称为一架会飞行的“传感器”。那么，无人机能在天上实现稳定的飞行，完成不同的动作，需要用到哪些传感器呢?

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无人机的特性

无人机的动作必须非常精确，除了稳定，还要能到飞行到预期的高度并有效进行沟通。因此，一台最基本的无人机必须具备以下特性：

稳定

无人机应该要稳定，不可无预警突然震动、摇晃或倾斜，否则就会失去平衡并坠毁。

精确

无人机的动作要非常精确。至于动作可能指距离、速度、加速、方向与高度。

能抵抗各种环境条件

无人机要能抵抗下雨、灰尘、高温等环境状况。而且不止外部材质，无人机内部所使用的电子零件也要如此。

低功耗

无人机将会变得越来越轻，因此如何确保超低功耗以尽量缩小电池尺寸就显得尤为重要。低功耗技术的崛起，已使得无人机技术得以普及化。

环境感知

环境传感技术逐渐崛起，成为无人机最关键的发展领域之一。现在的无人机都具备好几种传感器以监测环境。收集到的资料可用在各种应用，例如气象监测、农业等用途。

联网功能

联网功能是无人机崛起并广为市场接受的重要因素。无人机可通过简单的智能手机、遥控器或直接通过云端加以控制。应根据不同使用案例，提供适合的联网功能解决方案。有的无人机会采用多种联网功能解决方案，以满足多用途使用案例的需求。

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飞行控制器

飞行控制器（FC）相当于无人机的大脑，如果放在电脑以及手机上来说就相当于操作系统。飞行控制器通过无人机上搭载的各类传感器获得数据，对这些数据进行演算处理从而控制机体的飞行。除此之外，飞行控制器也承担信息传递的职责。

飞行控制器内部主要由两大部分构成——IMU（惯性检测装置）和CPS模块。可以说无人机的飞行性能的高与低，就取决于这个飞行控制器。无人机平稳飞行不可缺少的飞行控制器中的内部传感器（IMU）。IMU指的是惯性测量单元，大多用在需要进行运动控制的设备，如汽车和机器人，也被用在需要用姿态进行精密位移推算的场合。一般来说IMU就包含了加速度传感器和陀螺仪。

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无人机上的传感器

IMU位于无人机的核心位置，可确保装置功能与导航正常运作。 这些传感器包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘与气压传感器。

加速度计

加速度计是用来提供无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力。它也能决定无人机在静止状态时的倾斜角度。当无人机呈现水平静止状态，X轴与Y轴为0克输出，而Z轴则为1克输出。地球上所有对象所承受的重力均为1克。若要无人机X轴旋转90度，那么就在X轴与Z轴施以0克输出，Y轴则施以1克输出。倾斜时，XYZ轴均施以0到1克之间的输出。相关数值便可应用于三角公式，让无人机达到特定倾斜角度。

加速度计同时也用来提供水平及垂直方向的线性加速。相关数据可做为计算速率、方向，甚至是无人机高度的变化率。加速度计还可以用来监测无人机所承受的震动。

对于任何一款无人机来说，加速度计都是一个非常重要的传感器，因为即使无人机处于静止状态，都要靠它提供关键输入。

陀螺仪

陀螺仪传感器能监测三轴的角速度，因此可监测出俯仰(pitch)、翻滚(roll)和偏摆(yaw)时角度的变化率。即使是一般飞行器，陀螺仪都是相当重要的传感器。角度信息的变化能用来维持无人机稳定并防止晃动。由陀螺仪所提供的信息将汇入马达控制驱动器，通过动态控制马达速度，并提供马达稳定度。陀螺仪还能确保无人机根据用户控制装置所设定的角度旋转。

磁罗盘

正如名称所示，磁罗盘能为无人机提供方向感。它能提供装置在XYZ各轴向所承受磁场的数据。接着相关数据会汇入微控制器的运算法，以提供磁北极相关的航向角，然后就能用这些信息来侦测地理方位。

为了算出正确方向，磁性数据还需要加速度计提供倾斜角度数据以补强信息。有了倾斜数据加上磁性数据，就能计算出正确方位。

磁罗盘对于硬铁、软铁或运转角度都非常敏感。所谓硬铁是指传感器附近的坚硬、永久性铁磁性物质。它能使罗盘读数产生永久性偏移。软铁则是指附近有弱铁磁性物质，电路走线等。它能让传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。

超声波传感器

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