制造一個大腦并不容易。大黃蜂的大腦中有100多萬個相互聯(lián)系的神經(jīng)元細胞，幫助它完成各種意識活動。2014年年末熊赐，一個科學家團隊曾給一個有輪子的樂高機器人安裝過一個數(shù)字蠕蟲大腦，但是這樣的大腦只有302個神經(jīng)元細胞性躬。到目前為止汛滩，“綠色大腦計劃”團隊只重建了黃蜂大腦中與視覺有關(guān)的部分。但是這樣的成果已經(jīng)非常令人震驚了俱挨。無人機利用視頻攝像頭和人造大腦軟件沿著走廊飛行函绊，飛行模式就和經(jīng)過訓練完成同樣任務(wù)的大黃蜂一模一樣。現(xiàn)在漓拾，這個虛擬大腦還只能追蹤位置的移動阁最，而無法識別顏色或形狀『Я剑“綠色大腦計劃”的科學家希望速种，過一段時間能夠用數(shù)字重建完整的大黃蜂大腦，并制造出第一臺像大黃蜂一樣自動行動的機器人低千。但是現(xiàn)在配阵，他們的重點還放在重建大黃蜂的視覺系統(tǒng)和嗅覺系統(tǒng)。

飛控的大腦：微控制器

在四軸飛行器的飛控主板上示血，需要用到的芯片并不多闸餐。目前的玩具級飛行器還只是簡單地在空中飛行或停留，只要能夠接收到遙控器發(fā)送過來的指令矾芙，控制四個馬達帶動槳翼，基本上就可以實現(xiàn)飛行或懸停的功能近上。意法半導體高級市場工程師介紹剔宪，無人機/多軸飛行器主要部件包括飛行控制以及遙控器兩部分。其中飛行控制包括電調(diào)/馬達控制壹无、飛機姿態(tài)控制以及云臺控制等粱储。目前主流的電調(diào)控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。

新唐的MCU負責人表示： 多軸飛行器由遙控启中， 飛控庭训，動力系統(tǒng)， 航拍等不同模塊構(gòu)成疯食， 根據(jù)不同等級產(chǎn)品的需求恰日，會采用到不同CPU內(nèi)核。例如小四軸的飛行主控梅明， 因功能單純姐淫， 體積小般迈， 必須同時整合遙控接收， 飛行控制及動力驅(qū)動功能;中高階多軸飛行器則采用內(nèi)建 DSP 及浮點運算單元的匠泵， 負責飛行主控功能恋赎，驅(qū)動無刷電機的電調(diào)(ESC)板則采用MINI5系列設(shè)計。低階遙控器使用 SOP20 封裝的4T 8051 N79E814;中高階遙控器則采用Cortex-M0 M051系列了酌。另外疾浓， 內(nèi)建ARM9及H.264視頻邊譯碼器的N329系列SOC則應(yīng)用于2.4G及5.8G的航拍系統(tǒng)。在飛控主板上对嚼，目前控制和處理用得最多的還是MCU而不是CPU夹抗。由于對于飛行控制方面主要都是浮點運算，簡單的ARM Cortex-M4內(nèi)核32位MCU都可以很好的滿足猪半。有的傳感器MEMS芯片中已經(jīng)集成了DSP兔朦，與之搭配的話，更加簡單的8位單片機也可以做到磨确。

高通和英特爾推的飛控主芯片

CES上我們看到了高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器沽甥，他們采用了比微控制器(MCU)更為強大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片。例如乏奥，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器摆舟，它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能邓了。Intel CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機恨诱。這款無人機采用了“RealSense”技術(shù)，能夠建起3D地圖和感知周圍環(huán)境骗炉，它可以像一只蝙蝠一樣飛行照宝，能主動避免障礙物。英特爾的無人機是與一家德國工業(yè)無人機廠商Ascending Technologies合作開發(fā)榛覆，內(nèi)置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭巫顽，以及采用了四核的英特爾凌動(Atom)處理器的PCI- express定制卡，來處理距離遠近與傳感器的實時信息跃等，以及如何避免近距離的障礙物菲痹。這兩家公司在CES展示如此強大功能的無人機，一是看好無人機的市場喉投，二是美國即將推出相關(guān)法規(guī)编毒，對無人機的飛行將有嚴格的管控。

此外种车，活躍在在機器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進入到無人機領(lǐng)域歹簸。XMOS公司市場營銷和業(yè)務(wù)拓展副總裁Paul Neil博士表示，XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些無人機/多軸飛行器的OEM客戶采用匿贝。在這些系統(tǒng)中念婶，XMOS多核微控制器既用于飛行控制也用于MCU內(nèi)部通信蓄揭。

Paul Neil說：xCORE多核微控制器擁有數(shù)量在8到32個之間的、頻率高達500MHz 的32位RISC內(nèi)核分搞。xCORE器件也帶有Hardware Response I/O接口儿捧，它們可提供卓越的硬件實時I/O性能，同時伴隨很低的延遲挑宠》贫埽“這種多核解決方案支持完全獨立地執(zhí)行系統(tǒng)控制與通信任務(wù)，不產(chǎn)生任何實時操作系統(tǒng)(RTOS)開銷各淀。xCORE微控制器的硬件實時性能使得我們的客戶能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的控制算法懒鉴，同時在系統(tǒng)內(nèi)無抖動。xCORE多核微控制器的這些優(yōu)點碎浇，正是吸引諸如無人機/多軸飛行器這樣的高可靠性临谱、高實時性應(yīng)用用戶的關(guān)鍵之處∨В”

多軸飛行器需要用到四至六顆無刷電機(馬達)悉默，用來驅(qū)動無人機的旋翼。而馬達驅(qū)動控制器就是用來控制無人機的速度與方向苟穆。原則上一顆馬達需要配置一顆8位MCU來做控制抄课，但也有一顆MCU控制多個BLDC馬達的方案。

多軸無人機的MEMS傳感

某無人機方案商總經(jīng)理認為雳旅，目前業(yè)內(nèi)的玩具級飛行器跟磨，雖然大部分從三軸升級到了六軸MEMS，但通常采用的都是消費類產(chǎn)品如平板或手機上較常用的價格敏感型型號忱痴。在專業(yè)航拍以及專為航模發(fā)燒友開發(fā)的中高端無人機上潭灯，則會用到質(zhì)量更為價格更高的傳感器，以保障無人機更為穩(wěn)定蚪应、安全的飛行话弹。這些 MEMS傳感器主要用來實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導航。飛行器之所以能懸停免砖，可以做航拍，是因為MEMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化黄骇，在檢測到角度變化后纸赦，就可以控制電機向相反的方向轉(zhuǎn)動，進而達到穩(wěn)定的效果倒奋。這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)醇电。

以陀螺儀為例，它的理想輸出是只響應(yīng)角速度變化翰鲸，但實際上受設(shè)計和工藝的限制复答，陀螺對加速度也是敏感的相速，就是我們在陀螺儀數(shù)據(jù)手冊上常見的deg/sec/g的指標。對于多軸飛行器的應(yīng)用來說鲜锚，這個指標尤為重要突诬，因為飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動，一旦減震控制不好芜繁，就會在飛行過程中產(chǎn)生很大的加速度旺隙，那勢必會帶來陀螺輸出的變化，進而引起角度變化骏令，馬達就會誤動作蔬捷，最后給終端用戶的直觀感覺就是飛行器并不平穩(wěn)。

除此之外榔袋，在某些情況下周拐，如果飛行器突然轉(zhuǎn)彎，可能會造成輸入轉(zhuǎn)速超過陀螺儀的測試量程凰兑，理想情況下妥粟，陀螺儀的輸出應(yīng)該是飽和輸出，待轉(zhuǎn)速恢復到陀螺儀量程范圍后聪黎，陀螺儀再正確反應(yīng)實時的角速度變化索王，但有些陀螺儀確不是這樣，一旦輸入超過量程船白，陀螺便會產(chǎn)生震蕩輸出对番，給出完全錯誤的角速度。還有某些情況下蒙敦，飛行器會受到較大的加速度沖擊每缎，理想情況陀螺儀要盡量抑制這種沖擊，ADI的陀螺儀在設(shè)計的時候屏烂，也充分考慮到這種情況燃圾，利用雙核和四核的機械結(jié)構(gòu)，采用差分輸出的原理來抑制這種“共慕砀睿”的沖擊弧泊，準確測量“差模”的角速度變化昧甲。但某些陀螺儀在這種情況下會產(chǎn)生非常大錯誤輸出近们，甚至是產(chǎn)生震蕩輸出≈缗＃“對于飛行器來說术瓮，最重要的一點就是安全，無論它的硬件設(shè)計還是軟件設(shè)計贰健，都要首先保證安全胞四，而后才是極致的用戶體驗恬汁。”

隨著無人機的功能不斷增加辜伟，GPS傳感器氓侧、紅外傳感器、氣壓傳感器游昼、超聲波傳感器越來越多地被用到無人機上甘苍。方案商已經(jīng)在利用紅外和超聲波傳感器來開發(fā)出可自動避撞的無人機，以滿足將來相關(guān)法規(guī)的要求烘豌。集成了GPS傳感器的無人機則可以實現(xiàn)一鍵返航功能载庭，防止無人機飛行丟失。而內(nèi)置了GPS功能的無人機廊佩，可以在軟件中設(shè)置接近機場或航空限制的敏感地點囚聚，不讓飛機起飛。

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