Frage:
Was sind die üblichen technischen Überlegungen für einen UAV-Stromsensor?
FlashCactus
2020-04-17 12:54:06 UTC
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Stromsensoren sind sowohl in Multikopter- als auch in Starrflügel-Flugsteuerungsstapeln ein beliebtes Merkmal.

Die meisten von ihnen sind analog, d. h. wandeln den Strom unter Verwendung eines Shunt-Widerstands mit kleinem Wert (und möglicherweise eines Spannungsverstärkers) in eine Spannung um. Diese Spannung wird dann vom Flugregler über einen ADC-Pin gelesen. Ich habe versucht, meine eigenen zu erstellen, und in solchen Fällen ist es nützlich, die Best Practices in der Branche zu kennen. Mein Google-Fu war jedoch nicht stark genug, um diese zu finden, und Reverse Engineering ist seitdem eine ziemlich mühsame Angelegenheit Ich habe nur eine ESC-integrierte.

Die Hauptfragen, auf die ich keine Antworten finden konnte, sind:

  • Ist der Shunt-Widerstand normalerweise hochseitig (dh am positiven Batteriepol) oder niedrig montiert? Seite (am negativen Anschluss) und warum? Ist das wichtig?
  • Welche Verstärkerklasse wird hinsichtlich der Genauigkeit für die erfasste Spannung verwendet?
  • Welchen Bereich von Ausgangsspannungen erwartet der FC?
  • Wird am Ausgang des Sensors eine Glättung (Tiefpassfilterung) angewendet, um das Aliasing durch mögliche Hochfrequenzstromwelligkeiten zu verringern?
  • Wenn es einen Unterschied zwischen Standardsensoren gibt, die in Betaflight FC-Stacks verwendet werden, z APM- oder PX4-Flugsteuerungen, was sind sie?

Wenn jemand ein Schaltbild eines "typischen" Stromsensors bereitstellen könnte, wäre dies ebenfalls sehr willkommen.


Klarstellung zum Zweck dieser Frage:

Ich frage, weil ich zwar meine eigenen Vorstellungen zu jeder Wahl habe, aber keine Möglichkeit habe, zu überprüfen, ob ich alles berücksichtigt habe in den Entscheidungen und der relativen Bedeutung aller beteiligten Faktoren (ohne vorher einen zu bauen und zu sehen, wie sich die Dinge entwickeln). Daher möchte ich aus praxiserprobten kommerziellen Designs lernen und sehen, wie sie all diese Fragen gelöst haben.

d.h. Meine Gedanken zur Montage des Shunts: Die niedrige Seite ist einfacher, aber wenn dies so gemacht wird, können Welligkeitsströme von ESCs eine Spannungswelligkeit im Boden hervorrufen, die schlimmer ist als die Spannungswelligkeit bei VBAT, da alles in der Drohne damit verbunden ist direkt als gemeinsames Terminal, während VBAT normalerweise einen Regler durchläuft, bevor es auf empfindliche Elemente trifft. Andererseits überdenke ich möglicherweise die Bedeutung dieses Aspekts, und es könnte in beiden Fällen in Ordnung sein. Der beste Weg, dies zu lernen, wäre zu sehen, wie andere es tun. Wenn sie den Widerstand nur auf der hohen Seite montieren (oder nur auf der niedrigen Seite), muss dies von Bedeutung sein. Wenn es sie nicht interessiert, sollte es mich auch nicht interessieren.
Zwei antworten:
#1
+6
Kralc
2020-04-17 14:13:06 UTC
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  • Ist der Shunt-Widerstand normalerweise hochseitig (d. h. am positiven Batteriepol) oder niedrigseitig (am negativen Anschluss) montiert und warum? Ist das wichtig?

Es sollte keinen signifikanten Unterschied zur Messung geben, wenn sich der Shunt-Widerstand auf der hohen oder niedrigen Seite befindet. Da der Widerstand in Reihe geschaltet ist, bleibt die absolute Spannung über und der Strom durch den Widerstand gleich. Abhängig von Ihrem Sensordesign kann das eine oder andere jedoch einen kleinen Vorteil haben. Wenn Sie es beispielsweise auf der niedrigen Seite haben, wird die Messung relativ zum GND der Schaltung durchgeführt, was die Anzahl der Komponenten Ihres Verstärker- / Signalkonditionierungsdesigns verringern kann.

  • Welche Verstärkerklasse wird hinsichtlich der Genauigkeit für die erfasste Spannung verwendet?

Dies hängt geringfügig von Ihrem Design ab, und Sie können feststellen, dass die Genauigkeit des ADC der begrenzende Faktor ist (z. B. ein 8-Bit-5-V-ADC hat eine Auflösung von 19,5 mV) Die Aufgabe des Verstärkers besteht darin, den Wertebereich Ihres Sensors an den Eingangsbereich Ihres ADC anzupassen. Während eine lineare Beziehung intuitiv und unkompliziert ist, kann es wünschenswerter sein, eine Kurve zu haben, um eine größere Empfindlichkeit um die erwarteten Bereiche zu erzielen, aber dennoch ungültige Werte mit leicht reduzierter Genauigkeit zu melden. Sie müssten die Kurve charakterisieren und für eine korrekte Berichterstattung in Ihren Flugregler programmieren.

  • Welchen Bereich von Ausgangsspannungen erwartet der FC?

Dies hängt vollständig vom Flugregler ab - typische Bereiche für ADCs sind jedoch 0 bis 3,3 V oder 0 bis 5 V. Denken Sie daran, dass Sie, wenn Sie einen negativen Messwert melden möchten, den Nullwert Ihres Sensorsensors für den mittleren Bereich des ADC vorspannen müssen.

  • Wird auf den Sensor eine Glättung (Tiefpassfilterung) angewendet Ausgang zur Reduzierung des Aliasing durch mögliche Hochfrequenzstromwelligkeit?

Filtern ist eine gute Idee, um unerwünschte Werte zu reduzieren. Die Reaktionszeit des Filters muss schnell genug sein, um gültige Änderungen zu erfassen und gleichzeitig Rauschen zu unterdrücken. Sie können die Filterantwortrate mit Ihrer Abtastrate vergleichen. Ihre Filterantwort kann langsamer sein, wenn Sie die Spannung alle 0,5 Sekunden anstatt alle 0,05 Sekunden überprüfen. Alternativ können Sie sich dafür entscheiden, in der Software zu filtern, mehrmals abzutasten und zu mitteln, aber dies nimmt anderen Aufgaben CPU-Zeit.

Danke für die Antwort! Es wird zwar geschätzt, aber es sind meistens theoretische Gedanken über den allgemeinen Fall, und sie spiegeln meistens meine eigenen Gedanken wider (was schön ist). Das Problem dabei und warum ich diese Frage überhaupt stelle, ist, dass diese Schlussfolgerungen, weil sie theoretisch sind, möglicherweise wahr sind oder nicht. Aus diesem Grund frage ich, wie dies bei handelsüblichen Sensoren funktioniert, da diese Designs in der Praxis getestet und unter Verwendung des gesamten Wissens entwickelt wurden, wie sich alle Faktoren, nach denen ich frage, in diesem speziellen Bereich auswirken würden.
#2
+2
jpou
2020-05-02 15:42:42 UTC
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Verwenden Sie als Beispiel das Power Management Board PM07 von Holybro. Sie verwenden einen Shunt-Widerstand auf der hohen Seite. Die Spannung über dem Shunt-Widerstand wird dann in den Stromerfassungsverstärker INA169 von Texas Instruments eingespeist. Verstärkung und BW des Verstärkers werden über einen externen Widerstand eingestellt. Ich habe kürzlich mein eigenes Power Management Board entworfen und hatte genau die gleichen Fragen wie Sie. Am Ende habe ich, anstatt meine eigene Lösung zu erfinden, das typische Verwendungsbeispiel aus dem INA169-Datenblatt verwendet, wobei das Leiterplattenlayout an meine Bedürfnisse angepasst wurde.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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