Pregunta:
¿Cuáles son las consideraciones de ingeniería habituales para un sensor de corriente UAV?
FlashCactus
2020-04-17 12:54:06 UTC
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Los sensores de corriente son una característica popular en las pilas de control de vuelo de ala fija y multicóptero.

La mayoría de ellos son analógicos, es decir, convierten la corriente en voltaje usando una resistencia en derivación de pequeño valor (y posiblemente un amplificador de voltaje). Luego, el controlador de vuelo lee ese voltaje a través de un pin ADC. He estado tratando de hacer las mías propias y, en tales casos, es útil conocer las mejores prácticas de la industria; sin embargo, mi Google-Fu no era lo suficientemente fuerte como para encontrarlas, y la ingeniería inversa es una propuesta bastante tediosa, ya que Solo tengo uno integrado en ESC.

Las preguntas principales a las que no pude encontrar respuestas son:

  • ¿La resistencia de derivación generalmente está montada en el lado alto (es decir, en el terminal positivo de la batería) o en el lado bajo? lado (en la terminal negativa), y por qué? ¿Importa?
  • ¿Qué clase de amplificador, en términos de precisión, se usa para el voltaje detectado?
  • ¿Qué rango de voltajes de salida espera el FC?
  • ¿Se aplica algún suavizado (filtrado de paso bajo) a la salida del sensor para reducir el alias de una posible ondulación de corriente de alta frecuencia?
  • Si hay alguna diferencia entre los sensores estándar utilizados en las pilas betaflight FC y, por ejemplo, Controladores de vuelo APM o PX4, ¿qué son?

Si alguien pudiera proporcionar un esquema de circuito de un sensor de corriente "típico", también sería muy apreciado.


Aclaración sobre el propósito de esta pregunta:

Lo pregunto porque, aunque tengo mis propias ideas sobre cada opción, no tengo forma de verificar si lo he considerado todo en las decisiones y la importancia relativa de todos los factores involucrados (sin construir uno primero y ver cómo se desarrollan las cosas). Por lo tanto, me gustaría aprender de los diseños comerciales probados en el campo y ver cómo ellos resolvieron todas estas preguntas.

es decir mis pensamientos sobre dónde montar la derivación: el lado bajo es más simple, pero si se hace de esta manera, las corrientes de ondulación de los ESC pueden inducir una ondulación de voltaje en el suelo, que es peor que la ondulación de voltaje en VBAT, ya que todo en el dron está conectado a él directamente como un terminal común, mientras que VBAT generalmente pasa por un regulador antes de tocar elementos sensibles. Por otro lado, puedo estar pensando demasiado en la importancia de este aspecto y podría estar bien de cualquier manera; la mejor manera de aprender eso sería ver cómo lo hacen los demás; si solo montan la resistencia en el lado alto (o solo en el lado bajo), entonces debe ser significativo, si no les importa, a mí tampoco debería importarme.

Dos respuestas:
#1
+6
Kralc
2020-04-17 14:13:06 UTC
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  • ¿La resistencia de derivación generalmente se monta en el lado alto (es decir, en el terminal positivo de la batería) o en el lado bajo (en el terminal negativo), y por qué? ¿Importa?

No debería haber una diferencia significativa en la medición si la resistencia de derivación está en el lado alto o bajo. Como la resistencia está en serie, el voltaje absoluto a través y la corriente a través, la resistencia permanece igual. Sin embargo, puede haber una pequeña ventaja para uno u otro dependiendo del diseño de su sensor; por ejemplo, tenerlo en el lado bajo hace que la medición se relacione con la GND del circuito, lo que puede reducir el recuento de componentes de su diseño de acondicionamiento de señal / amplificador.

  • ¿Qué clase de amplificador, en términos de precisión, se utiliza para el voltaje detectado?

Esto dependerá ligeramente de su diseño, y puede encontrar que la precisión del ADC es el factor limitante (por ejemplo, un ADC de 8 bits y 5 V tiene una resolución de 19,5 mV). , el trabajo del amplificador es hacer coincidir el rango de valores de su sensor con el rango de entrada de su ADC. Si bien una relación lineal es intuitiva y sencilla, puede ser más deseable tener una curva para brindar una mayor sensibilidad alrededor de los rangos esperados, pero aún así reportar valores no válidos con una precisión ligeramente reducida. Necesitaría caracterizar la curva y programarla en su controlador de vuelo para informar correctamente.

  • ¿Qué rango de voltajes de salida espera el FC?

Este dependerá completamente del controlador de vuelo, pero los rangos típicos de los ADC son de 0 a 3.3V o de 0 a 5V. Recuerde que si desea informar una lectura negativa, deberá desviar el valor cero del sensor de nuestro valor para el rango medio en el ADC.

  • ¿Hay algún suavizado (filtrado de paso bajo) aplicado al sensor salida para reducir el aliasing de una posible ondulación de corriente de alta frecuencia?

El filtrado es una buena idea para ayudar a reducir los valores no deseados. El tiempo de respuesta del filtro debe ser lo suficientemente rápido para capturar cambios válidos y rechazar el ruido. Puede comparar la tasa de respuesta del filtro con su frecuencia de muestreo; la respuesta del filtro puede ser más lenta si está verificando el voltaje cada 0.5 segundos en lugar de cada 0.05. Alternativamente, puede decidir hacer algunos filtros en el software, muestrear varias veces y promediar, pero esto le quita tiempo a la CPU de otras tareas.

¡Gracias por la respuesta! Si bien se agradece, también se trata principalmente de pensamientos teóricos sobre el caso general, y en su mayoría reflejan mis propios pensamientos (lo cual es bueno). El problema con eso, y la razón por la que hago esta pregunta en primer lugar, es que estas conclusiones, por ser teóricas, pueden ser ciertas o no. Es por eso que pregunto _cómo se hace en sensores disponibles comercialmente_, ya que estos diseños se han probado en la práctica y se han diseñado utilizando todo el conocimiento sobre cómo se desarrollarían todos los factores sobre los que estoy preguntando en este dominio en particular.
#2
+2
jpou
2020-05-02 15:42:42 UTC
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Usando la placa de administración de energía PM07 de Holybro como ejemplo. Usan resistencia de derivación en el lado alto. Luego, el voltaje a través de la resistencia de derivación se alimenta al amplificador de detección de corriente INA169 de Texas Instruments. La ganancia y el ancho de banda del amplificador se establecen mediante una resistencia externa. Estaba diseñando mi propia placa de administración de energía recientemente y tenía exactamente las mismas preguntas que usted. Al final, en lugar de inventar mi propia solución, utilicé el ejemplo de uso típico que se da en la hoja de datos INA169 con el diseño de PCB ajustado a mis necesidades.



Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 4.0 bajo la que se distribuye.
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