無人機   MCU

如今，我們經常在很多公園或空曠場所看到有人玩那種小型無人機，每次看它們拿著手里的遙控器，讓無人機自由翱翔于空中，這種感覺很“酷炫”，可是您知道無人機的工作原理嗎?

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作。無人機在航拍、農業、植保、微型自拍、快遞運輸、災難救援、觀察野生動物、監控傳染病、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝、制造浪漫等等領域均有廣泛應用。

無人機由飛機機體、飛控系統、數據鏈系統、發射回收系統、電源系統等組成。飛行管理與控制系統，相當于無人機系統的“心臟”部分，對無人機的穩定性、數據傳輸的可靠性、精確度、實時性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。無人機機體的核心就是飛行器控制器——主控MCU。

MCU也叫單片機，是把中央處理器的頻率與規格做適當縮減，并將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。無人機的主控MCU在無人機飛行系統中地位很重要。

無人機的工作原理

垂直運動，無人機利用旋翼實現前進和停止。力的相對性意味著旋翼推動空氣時，空氣也會反向推動旋翼。這是無人機能夠上上下下的基本原理。進而，旋翼旋轉地越快，升力就越大，反之亦然。

而要使無人機向右轉，則需要降低旋翼1的角速度。但是，雖然來自旋翼1的推力缺失能使無人機改變運動方向，但與此同時向上的力不等于向下的重力，所以無人機會下降。

無人機是對稱的。這同樣適用于側向運動。一架四輪無人機就像一輛每一面都可作為正面的車，所以了如何向前也就解釋了如何向后或向兩側移動的問題。

無人機MCU的工作

無人機MCU是飛控子系統的核心，飛控系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統，飛控對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無人機最核心的技術之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。除了無人機MCU，無人機還需要陀螺儀、加速計、地磁感應、氣壓傳感器，超聲波傳感器、光流傳感器、GPS模塊等想互協助工作方可完成飛行。

IMU感知飛行器在空中的姿態，將數據送給主控處理器MCU。主控處理器MCU將根據用戶操作的指令，以及IMU數據，通過飛行算法控制飛行器的穩定運行。由于有大量的數據需要計算，而且需要實時性極高的控制，所以MCU的性能也決定了飛行器是否能夠飛得足夠穩定，靈活。

幾家無人機MCU方案

高通 Snapdragon芯片：它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能。采用了“RealSense”技術，能夠建起3D地圖和感知周圍環境，它可以像一只蝙蝠一樣飛行，能主動避免障礙物。

英特爾 凌動(Atom)處理器：內置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭，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，以及如何避免近距離的障礙物。

XMOS XCORE多核微控制器：頻率高達500MHz 的32位RISC內核，帶有Hardware Response I/O接口。多軸飛行器需要用到四至六顆無刷電機(馬達)，用來驅動無人機的旋翼。而馬達驅動控制器就是用來控制無人機的速度與方向。原則上一顆馬達需要配置一顆8位MCU來做控制，但也有一顆MCU控制多個BLDC馬達的方案。

無人機MCU國產化任重道遠

目前，國內從事無人機研發的企業接近五十家，但是其中做無人機MCU的微乎其微，這是因為MCU市場幾乎是美國壟斷，國內廠商想實現追趕或超越難度很大。近日有某家廠商投入重金研發無人機MCU，讓國人振奮不已，但面臨的挑戰仍舊很多。隨著國內廠商實力的壯大，未來我們或將看到屬于自己的無人機MCU。