Domanda:
Quali sono le solite considerazioni ingegneristiche per un sensore di corrente UAV?
FlashCactus
2020-04-17 12:54:06 UTC
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I sensori di corrente sono una caratteristica popolare negli stack di controllo di volo sia multirotore che ad ala fissa.

La maggior parte di essi sono analogici, ovvero convertono la corrente in una tensione utilizzando un resistore di shunt di piccolo valore (e possibilmente un amplificatore di tensione). Tale tensione viene quindi letta dal controllore di volo tramite un pin ADC. Ho provato a crearne uno mio e in questi casi è utile conoscere le migliori pratiche del settore, tuttavia il mio Google-Fu non era abbastanza forte per trovarle e il reverse engineering è una proposta piuttosto noiosa, poiché Ho solo un ESC integrato.

Le domande principali a cui non sono riuscito a trovare risposta sono:

  • Il resistore di shunt è solitamente montato sul lato alto (cioè sul terminale positivo della batteria) o lato (al terminale negativo), e perché? Importa?
  • Quale classe di amplificatori, in termini di precisione, viene utilizzata per la tensione rilevata?
  • Quale intervallo di tensioni di uscita si aspetta l'FC?
  • Esiste un livellamento (filtro passa-basso) applicato all'uscita del sensore per ridurre l'alias da possibili ondulazioni di corrente ad alta frequenza?
  • Se c'è qualche differenza tra i sensori standard utilizzati negli stack betaflight FC e, ad es Cosa sono i controller di volo APM o PX4?

Se qualcuno potesse fornire uno schema circuitale di un sensore di corrente "tipico", sarebbe molto apprezzato.


Chiarimento sullo scopo di questa domanda:

me lo chiedo perché, pur avendo le mie idee su ciascuna scelta, non ho modo di verificare se ho considerato tutto nelle decisioni e l'importanza relativa di tutti i fattori coinvolti (senza costruirne uno prima e vedere come vanno le cose). Pertanto, vorrei imparare da progetti commerciali testati sul campo e vedere come hanno risolto tutte queste domande.

cioè i miei pensieri su dove montare lo shunt: il lato basso è più semplice, ma se fatto in questo modo, le correnti di ondulazione degli ESC possono indurre un'ondulazione di tensione nel terreno, che è peggiore dell'ondulazione di tensione a VBAT, poiché tutto nel drone è collegato ad esso direttamente come un terminale comune, mentre VBAT in genere passa attraverso un regolatore prima di colpire elementi sensibili. D'altra parte, potrei pensare troppo al significato di questo aspetto e potrebbe andare bene in entrambi i casi; il modo migliore per apprenderlo sarebbe vedere come lo fanno gli altri; se montano solo il resistore high-side (o lo fanno solo low-side), allora deve essere significativo, se a loro non interessa non dovrebbe importarmene neanche io.

Due risposte:
#1
+6
Kralc
2020-04-17 14:13:06 UTC
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  • Il resistore di shunt è solitamente montato sul lato alto (cioè sul terminale positivo della batteria) o sul lato basso (sul terminale negativo), e perché? Importa?

Non dovrebbe esserci alcuna differenza significativa nella misurazione se il resistore di shunt è sul lato alto o basso. Poiché il resistore è in serie, la tensione assoluta e la corrente attraverso, il resistore rimane lo stesso. Tuttavia, potrebbe esserci un piccolo vantaggio per l'uno o l'altro a seconda del design del sensore - ad esempio, averlo sul lato basso rende la misurazione relativa al circuito GND, il che potrebbe ridurre il conteggio dei componenti del progetto di amplificazione / condizionamento del segnale.

  • Quale classe di amplificatori, in termini di precisione, viene utilizzata per la tensione rilevata?

Questo dipenderà leggermente dal tuo progetto e potresti scoprire che la precisione dell'ADC è il fattore limitante (ad esempio, un ADC a 8 bit 5V ha una risoluzione di 19,5 mV). , il compito dell'amplificatore è quello di far corrispondere l'intervallo di valori dal sensore all'intervallo di ingresso dell'ADC. Sebbene una relazione lineare sia intuitiva e diretta, potrebbe essere più desiderabile avere una curva per dare maggiore sensibilità intorno agli intervalli previsti, ma riportare comunque valori non validi con una precisione leggermente ridotta. Dovresti caratterizzare la curva e programmarla nel tuo controllore di volo per un rapporto corretto.

  • Quale intervallo di tensioni di uscita si aspetta l'FC?

Questo dipenderà interamente dal controller di volo, ma gli intervalli tipici per gli ADC sono da 0 a 3,3 V o da 0 a 5 V. Ricorda che se vuoi riportare una lettura negativa, dovrai polarizzare la nostra potenza del sensore del valore zero per la gamma media sull'ADC.

  • C'è qualche livellamento (filtro passa basso) applicato al sensore output per ridurre l'aliasing da possibili ondulazioni di corrente ad alta frequenza?

Il filtro è una buona idea per aiutare a ridurre i valori indesiderati. Il tempo di risposta del filtro deve essere sufficientemente veloce per acquisire modifiche valide respingendo il rumore. È possibile confrontare la velocità di risposta del filtro con la frequenza di campionamento: la risposta del filtro può essere più lenta se si controlla la tensione ogni 0,5 secondi anziché ogni 0,05. In alternativa, puoi decidere di filtrare nel software, campionare più volte e calcolare la media, ma questo sottrae tempo alla CPU da altre attività.

Grazie per la risposta! Sebbene sia apprezzato, è anche per lo più pensieri teorici sul caso generale, e per lo più rispecchiano i miei pensieri (il che è bello). Il problema con questo, e perché sto ponendo questa domanda in primo luogo, è che queste conclusioni, essendo teoriche, possono o non possono essere vere. Questo è il motivo per cui sto chiedendo _come viene fatto nei sensori disponibili in commercio_, poiché questi progetti sono stati testati nella pratica e progettati utilizzando tutte le conoscenze relative a come tutti i fattori di cui chiedo si sarebbero svolti in questo particolare dominio.
#2
+2
jpou
2020-05-02 15:42:42 UTC
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Utilizzo della scheda di gestione dell'alimentazione PM07 di Holybro come esempio. Usano una resistenza shunt sul lato alto. La tensione attraverso il resistore di shunt viene quindi inviata all'amplificatore di rilevamento della corrente INA169 di Texas Instruments. Guadagno e BW dell'amplificatore vengono impostati utilizzando un resistore esterno. Recentemente stavo progettando la mia scheda di gestione dell'alimentazione e avevo esattamente le stesse domande che hai tu. Alla fine, invece di inventare la mia soluzione, ho utilizzato il tipico esempio di utilizzo fornito nella scheda tecnica INA169 con il layout del PCB adattato alle mie esigenze.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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