Multicopter Sensoren

Um einen MultiWii-Coter in die Luft zu bekommen ist zumindest ein Sensor nötig, der Lagesensor. Es gibt jedoch viele weitere Sensoren, die neue Funktionen ermöglichen. Diese Sensoren sind ein Beschleunigungssensor, ein Barometer, ein Magnetometer, ein GPS Modul und ein Sonar. Da die Sensoren nur kleine Chips sind, die man nur schwerlich irgendwo festlöten kann, werden die Sensoren bereits auf Boards gelötet verkauft (auf dem Board befinden sich auch externe Pull-Ups und Kondensatoren). Diese Boards nennt man Break-Out-Boards, kurz BOB.

Lagesensor
Die Grundlage eines jeden Copters ist das Gyroskop (kurz GYRO, auch Lagesensor genannt). Um ein flugtaugliches Modell zu bauen, wird mindestens ein Gyro und ein Microcontroller benötigt.
Ein Gyroskop ist ein Drehratensensor. Er arbeitet ähnlich einem Kreiselkompass. Das Ausgangssignal ist proportional zur Winkelgeschwindigkeit (°/s). Das Gyro überprüft, ob es zu einer Abweichung der Achsen zu den tatsächlichen Werten gibt und gibt diese Abweichungen an die Steuerung (den FC) weiter. Bei bekannter Geschwindigkeit lässt sich somit der Winkel, um den sich das Objekt gedreht hat, bestimmen.

Während ein Gyroskop früher aus einem Kreiselsystem aufgebaut war, ist es heute möglich, ein gesamtes 3-Achsen Gyro (X,Y,Z) auf einen Chip mit der Größe von wenigen Millimetern zu schrumpfen. Ausschlaggebend ist die von InvenSense entwickelte MEMS-Technik (Microelectromechanical System). InvenSense produziert auch die aktuell besten Lage und Beschleunigungssensoren (siehe mehr unten).

Beschleunigungssensor
Ein Beschleunigungssensor (engl. acceleration sensor, kurz ACC) ist ein Sensor, der die Beschleunigung misst, indem die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann z. B. bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet. Mithilfe des Beschleunigungssensors kann sich der Copter jederzeit wieder in eine waagrechte Lage bringen.

Unterschied zwischen Gyro und ACC
Ein Beschleunigungssensor misst die translatorische Beschleunigung in der Richtung, für die er gebaut ist. Ein Gyro misst die rotatorische Geschwindigkeit Dreh/Winkelgeschwindigkeit) um die Achse, für die es gebaut ist.
Es werden zwei unterschiedliche Dinge gemessen: das ACC misst die Zu/Abnahme einer (ideal: Linearen) Längsbewegung und das Gyro die Änderung einer Drehbewegung.

Barometer
Ein Barometer (kurz Baro, Luftdrucksensor, engl. Altimeter) ist ein Messgerät zur Bestimmung des statischen Absolut-Luftdrucks. Im Falle von Multicoptern wird es indirekt zur Höhenmessung eingesetzt. Durch die Änderung des Luftdrucks kann errechnet werden, um wie viele Meter der Copter gestiegen/gefallen ist. Eine spezielle Form des Baros ist das Mikrobaro, das bereits minimale Druckunterschiede messen kann und die Höhe auf Zentimeter genau bestimmen kann.

Magnetometer
Das Magnetometer (kurz: MAG, engl. Magnetometer) ist ein Sensor zum Bestimmen der Himmelsrichtung. Das MAG funktioniert in Prinzip wie ein elektronischer Kompass. Es erkennt das Erdmagnetfeld und teilt der Steuerung die Abweichung zum Norden mit.

GPS
Das Global Positioning System (kurz: GPS) ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung. GPS hat sich als das weltweit wichtigste Ortungsverfahren etabliert und wird in Navigationssystemen weitverbreitet genutzt. Mit einem GPS Modul ausgestattet kann ein Copter unter anderem an einer Position schweben bleiben und auch bei Wind nicht abdriften Position Hold, kurz: PH) oder auf Knopfdruck zum Startpunkt zurückfliegen (Return to Home, kurz: RTH)

Des Weiteren gibt es noch einen Sonarsensor, der mittels Ultraschall-Messung die Entfernung zu einem Objekt bestimmt. Das Sonar wird bei MultiWii-Coptern an der Unterseite montiert und soll eine selbstständige Landung des Copters ermöglichen (wenn es wahr ist. Das Sonar wird noch nicht häufig eingesetzt und da ich es selbst noch nie benutzt habe, will ich keine Unwahrheiten verbreiten)

Erklärung 6DOF, 10DOF IMU
Bei den nachfolgenden Sensoren gibt es viele kombinierte Sensorboards, die unter anderem die Bezeichnungen 6DOF oder 10DOF tragen. Dabei steht DOF für Degrees of Freedom (auf Deutsch: sechs Freiheitsgrade). Ein Freiheitsgrad ist sozusagen eine gemessene Achse. Bei 6 Freiheitsgraden heißt dass, das es 6 verschiedene Achsen gibt. Im Falle einr 6DOF sind das X,Y und Z Achse das Gyros und X, Y und Z Achse des ACCs. Bei der 10DOF kommen noch die X, Y und Z Achse des MAG und die Höhe des Baros dazu. Das heißt, eine 6DOF besteht zumeist aus Gyro+ACC, eine 10DOF aus Gyro+ACC+Baro+MAG.
Erkläung IMU: Die kombinierten Sensorboards werden oft als IMUs bezeichnet. IMU steht für Inertial Measuring Unit, was sowie wie interne Messeinheit bedeutet. Als IMU wird alles bezeichnet, dass aus zumindest einem Gyro und einem ACC besteht.

Es folgt eine Liste mit den jeweiligen Sensoren:

Barometer:
MS5611: Bei dem MS5611 handelt es sich um den leistungsstärksten Lusftdrucksensor. Er schaft eine Auflösung von bis zu 0,012 mbar, was umgerechnet ca. 10 Zentimetern entspricht. Weiters zeichnet er sich durch einen sehr kleinen Stromverbrauch und einer niedrigen Toleranz aus. Der MS5611 ist der aktuell beste Luftdrucksensor, der dem BP085 unter allen Umständen vorzuziehen ist.

Magnetometer:
HMC5883: ist der Nachfolger des HMC5843. Es verfügt über eine Auflösung von 5 Milligauss und ist somit das genaueste Magnetometer für MultiWii.
Weitere Magentometer weiter unten bei „Kombinierte Sensoren“

GPS
Die meisten der im Handel erhältlichen GPS Module funktionieren einwandfrei mit der MultiWii Software. Da das GPS erst seit kurzem im Copterbau eingesetzt wird, gibt es noch nicht wirklich stark überarbeitete Module, die alle anderen in den Schatten stellen. Man findet mit den meisten GPS Modulen auf Anhieb 5-8 Satelliten, was ohnehin das Maximum an Satelliten darstellt.

Kombinierte Sensoren (in einem Chip):
MPU6050: ist DER meistbenutzte Sensor im aktuellen Copterbau (Stand:November 2013). Die MPU6050 wird von InvenSense gefertigt und vereint ein hochpräzises Gyro und einen hochpräzisen Beschleunigungssensor in einem Gehäuse. Durch diese Bauweise und weil die internen Sensoren die genauesten sind, empfehle ich für jeden Neubau diesen Sensor als Gyro+ACC. Keiner der oben genannten Sensoren erreicht annähernd die Genauigkeit der MPU6050.
Die MPU6050 liefert beste Flugerlebnisse in Kombination mit einem HMC5883 MAG und einem MS5611 Baro.

Es werden hier nicht sämtliche Boards von kombinierten Sensoren aufgezählt, da die Sensoren in Prinzip auf der Platine an den I²C Bus angeschlossen sind und an da nicht allzu viel falsch machen kann. Es sollte darauf geachtet werden, dass die modernsten Sensoren verbaut sind, die fertigen Boards sollten eigentlich alle problemlos funktionieren, egal wo man sie kauft.

Zusammenfassend kann man sagen, die beste Kombination/die modernsten Sensoren ihrer Klasse sind:

Gyro: MPU6050, MPU9150
ACC: MPU6050, MPU9150
Baro: MS5611
MAG: HMC5883, MPU9150
GPS: die meisten GPS-Module sind für die MultiWii-Funktionen gut geeignet

Quelle: FPV-Community.de