Welche Mikrocontroller werden in Drohnen verwendet?

Drohnen verwenden eine große Vielzahl von Mikrocontrollern, die von einfachen 8-Bit-Chips für grundlegende Aufgaben bis hin zu leistungsstarken 32-Bit-ARM-Cortex-M-Prozessoren für den Haupt-Flightcontroller (Flugsteuerung) reichen.

Die Wahl hängt stark von der Komplexität der Drohne ab:

• Einfache Spielzeug-Drohnen: Verwenden weniger leistungsstarke MCUs, um die grundlegende Motorsteuerung und den Empfang von Funksignalen zu handhaben.

• Hobby- & DIY-Drohnen: Verlassen sich auf leistungsstarke 32-Bit-MCUs auf dedizierten Flight-Controller-Boards, um komplexe Flugstabilisierungsalgorithmen auszuführen.

• Kommerzielle/Industrielle Drohnen: Verwenden oft die gleichen High-End-Hobby-FCs oder maßgeschneiderte Boards mit ähnlichen oder noch leistungsstärkeren Prozessoren.

Hier ist eine Aufschlüsselung der gängigen Mikrocontroller und Beispiele, wo sie verwendet werden.

1. Häufig verwendete Mikrocontroller-Familien in Drohnen

A. STM32 (ARM Cortex-M)

Dies ist bei weitem die dominanteste Familie in modernen Flightcontrollern. Die STM32-Serie von STMicroelectronics bietet eine leistungsstarke Kombination aus Performance, Peripherieunterstützung (wie viele UARTs, I2C, SPI und Timer für PWM) und einem starken Ökosystem.

• STM32F4-Serie: Das Arbeitspferd der Hobby-Drohnenwelt seit vielen Jahren. Bekannt für seine großartige Performance mit einer FPU (Floating Point Unit), die entscheidend für komplexe Mathematik in der Flugsteuerung ist.

• STM32F7-Serie: Eine Steigerung gegenüber der F4, mit höheren Taktfrequenzen und mehr Rechenleistung für erweiterte Navigation und Funktionen.

• STM32H7-Serie: Der aktuelle High-End-Champion. Wird in den fortschrittlichsten Flightcontrollern für anspruchsvolle Verarbeitungsaufgaben wie erweiterte Filterung, KI und komplexe autonome Missionen verwendet.

B. ATmega (AVR)

Diese waren die Grundlage des frühen Multikopter-Hobbys, sind heute aber meist nur noch in sehr einfachen Drohnen oder als Co-Prozessoren zu finden.

• ATmega328P: Berühmt dafür, das Gehirn des Arduino Uno zu sein. Er wurde in sehr frühen Flightcontrollern verwendet, ist aber für die moderne Stabilisierung bei weitem nicht leistungsstark genug.

• ATmega2560: Verwendet im Arduino Mega, der die Basis für den originalen APM (ArduPilotMega)-Flightcontroller war. Heute für die Hauptflugsteuerung als veraltet betrachtet, aber ein historisches Denkmal.

C. ESP32

Während der ESP32 typischerweise nicht der Haupt-Flightcontroller-MCU ist, ist er als Begleitchip aufgrund seiner integrierten Wi-Fi- und Bluetooth-Funktionalität extrem beliebt.

• Rolle: Wird für Wi-Fi-Videostreaming (ESP32-CAM), Telemetriedaten-Übertragung, RC-Empfängermodule und die Kommunikation mit der Bodenstation verwendet.

D. PIC (Microchip)

PIC-Mikrocontroller sind robust und werden oft in bestimmten Komponenten innerhalb eines Drohnensystems verwendet, insbesondere in Electronic Speed Controllern (ESCs).

• Rolle: Viele BLHeli_32-ESCs (die, welche die bürstenlosen Motoren steuern) verwenden PIC-MCUs, um die ausgeklügelte Firmware auszuführen, die die Motoren sanft und effizient ansteuert.

2. Beispiele in beliebten Flightcontrollern

Hier ein praktischer Blick darauf, welche MCUs in beliebten Drohnensystemen stecken.

3. Warum sind STM32 (ARM Cortex-M) MCUs so dominant?

1. Leistung: Das Ausführen von Sensorfusionsalgorithmen (Kombinieren von Daten von Gyroskop, Beschleunigungsmesser, Barometer, GPS) erfordert erhebliche Rechenleistung. Die ARM Cortex-M4/M7-Kerne mit FPUs sind hierfür perfekt geeignet.

2. Peripheriegeräte: Drohnen müssen mit vielen Sensoren und Geräten gleichzeitig kommunizieren. STM32-MCUs bieten eine Fülle von Kommunikationsschnittstellen (UART, I2C, SPI) und dedizierte Timer für PWM/DShot-Signale zu den ESCs.

3. Ökosystem & Community: Sie werden durch robuste Entwicklungswerkzeuge (wie STM32CubeIDE) unterstützt und haben eine massive Community, was entscheidend für Open-Source-Firmware wie Betaflight, INAV und ArduPilot ist.

4. Echtzeitfähigkeit: Dies sind Echtzeit-Mikrocontroller, was bedeutet, dass sie auf Sensoreingaben reagieren und Motoren mit vorhersehbarer, geringer Latenz steuern können, was absolut kritisch für einen stabilen Flug ist.

Zusammenfassende Tabelle

Kurz gesagt, wenn Sie sich das "Gehirn" einer modernen Drohne ansehen, schauen Sie sich mit hoher Wahrscheinlichkeit einen Mikrocontroller der STM32-Serie an.