MaxBotixInc.傳感器已成功應(yīng)用于多旋翼無(wú)人機(jī)中。許多用戶(hù)對(duì)于超聲波傳感器在多旋翼無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中如何可靠地工作存在疑問(wèn)，這是一個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)性的應(yīng)用環(huán)境。最明顯的問(wèn)題是，超聲波傳感器周?chē)臍饬魑蓙y，這是由螺旋槳產(chǎn)生的噪音。

電機(jī)所使用的電能（電流安培數(shù)）通常共用相同的微控制器，控制飛行和讀取傳感器，因此很可能傳導(dǎo)電噪聲。另外，電子的電流通常是迅速開(kāi)啟和關(guān)閉也可能輻射電噪聲，和常見(jiàn)的對(duì)講機(jī)如ZigBeeXBee等。此外，一些多旋翼無(wú)人機(jī)存在機(jī)架的振動(dòng)?？傊?，這些問(wèn)題是實(shí)質(zhì)性的，只糾正一個(gè)問(wèn)題，而忽視其他問(wèn)題可能無(wú)法提供可靠的操作。

空氣擾動(dòng)

螺旋槳引起大量的空氣湍流，但它們以可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行。應(yīng)避免將傳感器直接安裝在螺旋槳渦流中。通過(guò)將傳感器安裝在遠(yuǎn)離螺旋槳的位置，將獲得最佳的操作和結(jié)果。如果使用傳感器測(cè)量到地面的距離，通常安裝傳感器的最佳位置是機(jī)身下方和機(jī)身中心附近。機(jī)體是多旋翼無(wú)人機(jī)支持部件如電機(jī)、APM、布線(xiàn)等其他成分。

一個(gè)強(qiáng)大的電動(dòng)無(wú)人機(jī)的測(cè)量表明，這種效應(yīng)引起的傳感器接收到的信號(hào)能量降低，有時(shí)超過(guò)十倍！這類(lèi)問(wèn)題一般是通過(guò)使用我們的XL-maxsonar-EZ系列傳感器克服，但通過(guò)細(xì)心的安裝，一些客戶(hù)已經(jīng)成功使用我們的LV-maxsonar-EZ系列傳感器。

可視化效果。在你的眼睛前面放一個(gè)冰塊，然后看著它。當(dāng)然，你可以看到冰塊，但大部分光線(xiàn)是指向或來(lái)自其他地方的?？諝鈹_動(dòng)的作用類(lèi)似于光穿過(guò)冰塊的路徑，以不穩(wěn)定的方式改變聲波的方向和強(qiáng)度。

1.MaxBotixUSB超聲波傳感器MB1210XL-MaxSonar-EZ系列

XL-MaxSonar-EZ系列USB超聲波傳感器輸出功率高，針對(duì)變化的環(huán)境（溫度、電壓和聲學(xué)及電氣噪音）具備實(shí)時(shí)自動(dòng)標(biāo)定功能，確保用戶(hù)每次采集的讀數(shù)都是最可靠（空氣中）的數(shù)據(jù)。

XL-MaxSonar-EZ/AE超聲波傳感器的電壓要求低（3.3~5.5V），能在小而緊湊的外形結(jié)構(gòu)中提供長(zhǎng)短距離檢測(cè)和測(cè)距。

MB1200和MB1300傳感器能夠檢測(cè)相距0cm(1)至765cm（25.1英尺）或1608cm（35英尺）的物體（選擇模塊），并提供20cm（2）至765cm或1608cm（選擇模塊）分辨率為1cm的聲吶測(cè)距信息。一般情況下認(rèn)為相距0cm(1)至20cm(2)的物體的距離信息為20cm。傳感器的具備的接口輸出形式包含脈寬輸出（MB1200系列）、實(shí)時(shí)模擬輸出包絡(luò)（MB1300系列）、模擬電壓輸出和串行數(shù)字輸出。

(1)無(wú)法檢測(cè)相距0mm~1mm的物體；(2)對(duì)于MB1200/MB1300，MB1210/MB1310，MB1261/MB1361此距離為25cm

2.液位超聲波傳感器XL-MaxSonar-WR系列MB7052特征和優(yōu)點(diǎn)：

雜波抑制在視場(chǎng)內(nèi)提供最大幅度反射的對(duì)象的距離信息

實(shí)時(shí)標(biāo)定、噪聲抑制及額外的過(guò)濾確保距離信息穩(wěn)定

在存在雜波或無(wú)噪聲的環(huán)境中能夠檢測(cè)到大目標(biāo)的性能優(yōu)異

是要求持續(xù)精確輸出應(yīng)用的極佳選擇

優(yōu)越的抗聲學(xué)和電氣噪聲能力

MB7092的刷新率為10Hz

MB7052的刷新率為6.6Hz

螺旋槳噪聲

螺旋槳聲學(xué)噪聲與空氣湍流非常相似，除了改變傳感器實(shí)際探測(cè)到的能量外，它還會(huì)增加額外的外部聲波能量給傳感器。大部分的噪音來(lái)自于螺旋槳葉尖渦流區(qū)。

對(duì)一種強(qiáng)大的電動(dòng)多軸飛行器的測(cè)量顯示，這種影響可以導(dǎo)致最敏感的傳感器，如EZ0、EZ1，有時(shí)甚至是EZ2傳感器和xl-maxsonar-ez，會(huì)錯(cuò)誤的檢測(cè)到這一噪音。這種檢測(cè)可以導(dǎo)致比正常情況下更低的范圍。經(jīng)過(guò)再一次仔細(xì)的安裝，許多用戶(hù)發(fā)現(xiàn)我們的任何一個(gè)lv-maxsonar-ez或xl-maxsonar-ez傳感器都可以很好地運(yùn)行。

我們建議用戶(hù)避免在傳感器直接路徑到任何螺旋槳的地方安裝傳感器。如果你能看到傳感器從螺旋槳上經(jīng)過(guò)，傳感器就會(huì)聽(tīng)到這個(gè)聲音。最好的安裝泡沫橡膠可以用來(lái)阻擋這條路徑，用戶(hù)可以在飛行電子設(shè)備下安裝傳感器，也可以使用兩者的組合。

可視化效果。在你的眼睛旁邊放一個(gè)手電筒，但是直接指向你的眼睛(請(qǐng)不要這樣做，但是試著在你的腦海中想象這個(gè)效果)，然后在一個(gè)遙遠(yuǎn)的場(chǎng)景旁邊看著它。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些功能，但是大部分功能在你的視覺(jué)上都是模糊的。螺旋槳的噪音與空氣路徑相似，以不規(guī)則的方式增加了額外的聲學(xué)能量。

接地和電源

無(wú)人機(jī)的電源和接地是控制系統(tǒng)和電機(jī)共用。超聲波傳感器的電源通常是來(lái)自于讀取它的系統(tǒng)，例如控制系統(tǒng)。這些物品的配線(xiàn)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的電子器件產(chǎn)生明顯的影響。如果控制系統(tǒng)的電源或接地都是噪聲，那么控制系統(tǒng)上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)就會(huì)被嚴(yán)重地干擾。這種情況下，即使傳感器可能具有無(wú)噪聲輸出，也能使傳感器讀取許多ADC計(jì)數(shù)的“噪聲”。

“Star”電源和接地系統(tǒng)通常是最好的?！癝tar”是使用由電源和地面組成的單獨(dú)的扭曲對(duì)來(lái)設(shè)置的，每一個(gè)使用電源的器件都有它自己的扭曲對(duì)，從電源，例如電池包，到電源輸入。在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)置中，每個(gè)項(xiàng)目都有自己的電力，并返回到源。如果一個(gè)元件有一個(gè)高電流的吸引，例如一個(gè)馬達(dá)，只有那個(gè)部件會(huì)使它的電壓降低。這種電壓降低是由于線(xiàn)路的電阻。具有高電流吸引力的項(xiàng)目，以及對(duì)電源和地面的相關(guān)變化，都與其他所有被供電的項(xiàng)目相隔離。很多時(shí)候，只有地面連接在一個(gè)Star上。如果只有地面連接在一個(gè)Star上，那么從高電流項(xiàng)目中獲得的電壓下降可能會(huì)流到系統(tǒng)中其他較低的電流項(xiàng)目中。從系統(tǒng)功率到每個(gè)負(fù)載的單獨(dú)的雙絞對(duì)都是首選，并且非常推薦。對(duì)于Star線(xiàn)圖，請(qǐng)參閱右側(cè)的圖片。

一個(gè)菊花鏈通常不是用來(lái)分配電量的推薦方法。在一個(gè)菊花鏈系統(tǒng)中，所有的能量和地面都從一個(gè)項(xiàng)目到下一個(gè)項(xiàng)目，使用最少的線(xiàn)路。鏈上的所有項(xiàng)都將相互作用。在這個(gè)系統(tǒng)中，不常用的是一對(duì)扭曲的電線(xiàn)，而且對(duì)于每一件物品所使用的功率或電流的數(shù)量也不太關(guān)心。有時(shí)，這種連接方式可以將具有相似電流的組件分組，但是需要考慮連接組件之間的交互。敏感的物品，如控制器和傳感器，應(yīng)該用“Star”接線(xiàn)方法連接起來(lái)。關(guān)于一個(gè)菊花鏈的樣子，請(qǐng)參考圖2。

圖1

圖2

進(jìn)行電噪聲

當(dāng)四軸飛行器被驅(qū)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了電子噪音。許多安培電流被用來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，并將在地面上的電壓水平和四軸飛行器上的電力線(xiàn)路上的電壓下降。此外，Zigbee、Zigbee、MaxStream、NEXbee等無(wú)線(xiàn)電設(shè)備在四軸飛行器上傳輸?shù)男盘?hào)可以在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生電壓。這種對(duì)超聲波傳感器供電的噪音可能會(huì)導(dǎo)致傳感器操作不當(dāng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的電源過(guò)濾器可以緩解大部分的問(wèn)題。像MB7961電源濾波器這樣的RC濾波裝置有100個(gè)，10歐姆和100歐姆的電阻，當(dāng)使用的時(shí)候，將會(huì)消除大部分的電子噪音，使我們的傳感器無(wú)法到達(dá)我們的傳感器。

多旋翼無(wú)人機(jī)已經(jīng)用簡(jiǎn)單的濾波器解決了大部分錯(cuò)誤的距離。下面的圖表顯示了之前和之后的范圍讀數(shù)的圖片，而無(wú)需電源過(guò)濾器。

上圖顯示的信號(hào)來(lái)自于多旋翼無(wú)人機(jī)的傳感器，該傳感器具有不穩(wěn)定的電源。

上面的圖顯示了在電力濾波器已被應(yīng)用到一個(gè)不穩(wěn)定的電源的多旋翼無(wú)人機(jī)的傳感器

輻射電噪音

用于驅(qū)動(dòng)四旋翼飛行器上的電動(dòng)馬達(dá)的高開(kāi)關(guān)電流產(chǎn)生大量的輻射電噪音。另外，從四軸飛行器發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電將會(huì)產(chǎn)生輻射電能。這種輻射能對(duì)四軸飛行器上的其他系統(tǒng)和傳感器起到干擾(噪音)的作用。

如果我們使用的是MB7961電源濾波器，輻射電噪音一般不會(huì)引起我們的超聲波測(cè)距傳感器不正確的讀取問(wèn)題。當(dāng)用戶(hù)正確安裝電源濾波器并使用我們的一個(gè)數(shù)字接口，如I2C，串行，或脈沖寬度輸出傳感器的距離讀數(shù)通常不會(huì)被輻射的電子噪聲損壞。

我們的傳感器的模擬電壓輸出的用戶(hù)在使用輻射電子噪聲的環(huán)境中使用傳感器輸出時(shí)可能會(huì)遇到問(wèn)題，除非使用一種屏蔽的配線(xiàn)裝置。我們的屏蔽電纜，MB7954可以很好地工作。電纜上的屏蔽必須在微控制器端正確地接地。如果屏蔽線(xiàn)在微控制器上沒(méi)有連接到地面上，那么屏蔽將不會(huì)有什么作用。相鄰(-)地銷(xiāo)釘在負(fù)(或地)的旁邊，工作得很好。

對(duì)高功率四軸飛行器的測(cè)量顯示，模擬電壓輸出的典型噪音從10mV峰到峰值，在不使用屏蔽電纜的情況下，從10mV峰值上升到峰值。當(dāng)使用了屏蔽線(xiàn)，馬達(dá)完全功率時(shí)，噪音幾乎從10mV增加到12mV。即使使用了屏蔽電纜，屏蔽線(xiàn)也被保留了(不連接)，噪音從10mV峰值上升到峰值，達(dá)到240mV峰值。重要的是用戶(hù)只能在微控制器一側(cè)接地屏蔽！

框架振動(dòng)

除了聲音噪聲和輻射的電子噪聲外，框架振動(dòng)也是我們傳感器的一個(gè)可能的噪源。這可以被認(rèn)為是接觸聲噪音，從框架的能量傳輸?shù)絺鞲衅?。在我們的測(cè)試中，在我們測(cè)試的強(qiáng)大的四軸飛行器上沒(méi)有觀察到來(lái)自框架振動(dòng)的噪音。這并不能完全消除框架振動(dòng)，作為其他多因素的可能來(lái)源。橡膠墊圈，泡沫膠帶，或任何其他消除框架振動(dòng)作為噪聲源的方法都是推薦的。

傳感器故障診斷

噪聲源導(dǎo)致解決方案評(píng)價(jià)空氣擾動(dòng)螺旋槳清洗和周?chē)膫鞲衅靼惭b傳感器盡可能遠(yuǎn)離螺旋槳清洗。最典型的安裝位置是將傳感器安裝在靠近中心的空氣框架底部。應(yīng)該經(jīng)?？紤]非常常見(jiàn)的問(wèn)題和傳感器安裝位置。螺旋槳噪聲螺旋槳噪聲傳感器安裝傳感器盡可能遠(yuǎn)離螺旋槳清洗。最典型的位置是將傳感器安裝在靠近中心的空氣框架底部。應(yīng)該考慮非?；蜃畛Ｒ?jiàn)的問(wèn)題和傳感器安裝位置。接地和電源接地和電源接線(xiàn)沒(méi)有正確連接。把Star電源中的所有部件連接起來(lái)應(yīng)始終考慮Star線(xiàn)布局引導(dǎo)電噪聲從同一電氣系統(tǒng)連接的其他物品傳導(dǎo)的電信號(hào)。使用電源濾波器大多數(shù)用戶(hù)建議使用普通電源和電源濾波器。輻射噪聲同一電氣系統(tǒng)附近其他設(shè)備的輻射噪聲使用屏蔽電纜屏蔽電纜可以提高傳感器性能。如果使用傳感器輸出的模擬電壓范圍，則強(qiáng)烈建議使用屏蔽電纜?？蚣苷駝?dòng)空氣框架具有機(jī)械振動(dòng)，傳遞到傳感器。利用隔振材料安裝傳感器。使用橡膠墊圈或泡沫。

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