في مجال التحكم بمحركات الطائرات بدون طيار، يوجد بروتوكولان للاتصالات السائدة هما CAN (شبكة منطقة التحكم) وPWM (تعديل عرض النبض). كل بروتوكول له خصائص ومزايا وقيود مميزة. يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا بالغ الأهمية لاختيار النظام المناسب لمختلف التطبيقات، خاصة في البيئة الصعبة للطائرات بدون طيار الزراعية.

CAN (شبكة منطقة التحكم)

CAN هو بروتوكول اتصال رقمي قوي مصمم لنقل البيانات بشكل موثوق وعالي السرعة. تم تطويره في البداية لصناعة السيارات ولكن منذ ذلك الحين تم اعتماده على نطاق واسع في مجالات مختلفة، بما في ذلك تكنولوجيا الطائرات بدون طيار.

المبادئ الفنية لـ CAN:

• الاتصال الرقمي: يستخدم CAN تقنية الإشارات التفاضلية، والتي تتضمن إرسال إشارتين متكاملتين لتقليل الضوضاء وتحسين الموثوقية.
• إطارات البيانات: يتم إرسال البيانات في إطارات، والتي لا تتضمن حمولة البيانات فحسب، بل تتضمن أيضًا معالجة المعلومات وبتات التحكم وبتات اكتشاف الأخطاء.
• معالجة الأخطاء: يحتوي CAN على آليات مدمجة لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها، بما في ذلك عمليات التحقق من التكرار الدوري (CRC) وفتحات الإقرار.
• Multi-Master: يدعم CAN بنية متعددة رئيسية، مما يعني أنه يمكن لأي عقدة بدء الاتصال بدون وحدة تحكم مركزية.

مزايا CAN:

1. الاتصال الرقمي: يستخدم CAN الإشارات الرقمية لنقل البيانات، مما يسمح بالتحكم الدقيق والموثوق في المحرك. وتضمن هذه الطبيعة الرقمية أن تكون التعليمات واضحة وأقل عرضة للأخطاء.

2. مقاومة عالية للتداخل: تتميز إشارات CAN الرقمية بمقاومة عالية للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، وهو أمر بالغ الأهمية في البيئات ذات الضوضاء الإلكترونية الكبيرة.

3. نقل بيانات متعدد الوظائف: إلى جانب التحكم في دواسة الوقود للمحرك، يمكن لـ CAN نقل نطاق واسع من البيانات، بما في ذلك سرعة المحرك ودرجة الحرارة والتيار والمعلمات التشغيلية الأخرى. يدعم هذا النقل الشامل للبيانات المراقبة والتشخيص المتقدم.

4. التحكم في الحلقة المغلقة: يمكن تمكين أنظمة التحكم في الحلقة المغلقة. يمكن استخدام ردود الفعل في الوقت الحقيقي من المحرك لضبط معلمات التحكم ديناميكيًا، مما يضمن التشغيل المستقر والفعال.

5. اكتشاف الأخطاء وتصحيحها: تحتوي CAN على آليات مدمجة لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها، مما يعزز موثوقية الاتصال، ويقلل من فرص تلف البيانات.

6. تقليل تعقيد الأسلاك: يسمح CAN لأجهزة متعددة بالاتصال عبر ناقل واحد، مما يقلل من تعقيد ووزن الأسلاك، وهو أمر مفيد في تطبيقات الطائرات بدون طيار.

PWM (تعديل عرض النبضة)

PWM هو بروتوكول اتصال أبسط يعتمد على التناظرية حيث يتنوع عرض النبضة للتحكم في سرعة المحرك واتجاهه. يتم استخدامه على نطاق واسع بسبب تنفيذه المباشر.

المبادئ الفنية لـ PWM:

• التحكم التناظري: يقوم PWM بتعديل عرض النبضات الرقمية لمحاكاة مستويات مختلفة من طاقة المحرك. يحدد عرض النبضة (دورة العمل) سرعة المحرك.
• تردد الإشارة: تعمل إشارات PWM عادةً بتردد ثابت، مع ضبط دورة التشغيل للتحكم في جهد الخرج والتيار.
• دورة العمل: النسبة المئوية لفترة واحدة تكون فيها الإشارة نشطة. تتوافق دورة العمل الأعلى مع إنتاج طاقة أعلى وسرعة محرك أسرع.

مزايا PWM:

1. البساطة: يعد PWM سهل التنفيذ والفهم نسبيًا، مما يجعله حلاً فعالاً من حيث التكلفة لاحتياجات التحكم الأساسية في المحركات.

2. منخفضة التكلفة: تعد الأجهزة المطلوبة لـ PWM أقل تكلفة بشكل عام مقارنة بـ CAN، مما يجعلها خيارًا جذابًا للتطبيقات ذات الميزانية المحدودة.

3. توافق واسع النطاق: تدعم معظم وحدات التحكم في المحركات إشارات PWM، مما يضمن التوافق الواسع وسهولة التكامل.

عيوب PWM:

1. قابلية التداخل: باعتبارها إشارة تناظرية، فإن PWM أكثر عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي، مما قد يؤدي إلى تدهور الإشارة والتحكم غير الموثوق في المحرك.

2. وظائف محدودة: يتحكم PWM بشكل أساسي في سرعة المحرك واتجاهه ولكنه لا يدعم نقل البيانات الإضافية مثل حالة المحرك أو المعلمات التشغيلية.

3. التحكم في الحلقة المفتوحة: تعمل أنظمة PWM عادةً في تكوين حلقة مفتوحة، ويفتقر إلى ردود الفعل في الوقت الفعلي، مما قد يؤدي إلى مشكلات أقل دقة في التحكم والاستقرار.

لماذا التأكيد على "يمكن"؟

في تطبيقات الطائرات بدون طيار الحديثة، خاصة في البيئات المعقدة والمتطلبة مثل الزراعة، يرجع التركيز على CAN على PWM إلى عدة عوامل حاسمة:

1. الدقة والموثوقية العالية: تسمح الطبيعة الرقمية لـ CAN بالتحكم في المحركات عالي الدقة، وهو أمر بالغ الأهمية للمهام التي تتطلب أداءً مستقرًا ودقيقًا.

2. استقرار محسّن: حتى في سيناريوهات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الفردية بدون تصحيحات RTK (الحركية في الوقت الحقيقي)، يمكن لـ CAN الحفاظ على طيران مستقر. وذلك لأن أنظمة CAN يمكنها دمج البيانات من أجهزة استشعار مختلفة (مثل IMU، ومقاييس الضغط الجوي، ومقاييس المغناطيسية) لضبط التحكم في المحرك ديناميكيًا.

3. التعامل الشامل مع البيانات: تضمن قدرة CAN على التعامل مع النقل الشامل للبيانات مراقبة وتشخيصًا أفضل، مما يؤدي إلى تحسين الصيانة والكفاءة التشغيلية.

4. المتانة في البيئات القاسية: المقاومة القوية للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) تجعل من CAN الخيار المفضل في البيئات الصناعية والزراعية حيث ينتشر التداخل.

5. قابلية التوسع والمرونة: إن قدرة CAN على دعم أجهزة متعددة على نفس الناقل تجعلها قابلة للتطوير ومرنة لأنظمة الطائرات بدون طيار المعقدة التي تتطلب العديد من أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم.

سلسلة محركات Hobbywing XRotor: الحل النهائي للطائرات بدون طيار الزراعية

تمثل سلسلة

Hobbywing XRotor Motor مزايا دمج بروتوكولات CAN وPWM للطائرات بدون طيار الزراعية. تم تصميم هذه المحركات خصيصًا لتوفير حلول طاقة قوية، وتتضمن بروتوكولات الاتصال CAN وPWM، مما يوفر موثوقية وأداء لا مثيل لهما.

تكامل البروتوكول المزدوج:

• CAN + PWM Backup: تدعم محركات XRotor كلا من بروتوكولي CAN وPWM، مما يضمن أنه في حالة فشل أحد البروتوكولين، يمكن أن يعمل الآخر كنسخة احتياطية. يعزز هذا النهج المزدوج البروتوكول بشكل كبير موثوقية نظام التحكم في المحركات.

اتصالات CAN المتقدمة:

• اتصالات البيانات المحسنة: يوفر التكامل الشامل لاتصالات CAN في سلسلة XRotor مستوى جديدًا من تجربة اتصالات البيانات. إنه يتيح نقل بيانات المحرك التفصيلية وبيانات ESC (وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة)، مما يضمن التحكم والمراقبة الدقيقة.

• التحكم الرقمي في الخانق: مع الخانق الرقمي الذي يدعم CAN، دقة التحكم لا مثيل لها. وهذا يسمح بإجراء تعديلات سلسة ودقيقة على سرعة المحرك وعزم الدوران، مما يضمن أداء طيران مستقرًا حتى في الظروف الصعبة.

بيانات الوقت الفعلي والترقيات عن بُعد:

• التعليقات في الوقت الفعلي: يتم استرداد جميع المعلومات الحيوية، بما في ذلك ESC وبيانات عمل المحرك، في الوقت الفعلي. تساعد حلقة التغذية الراجعة المستمرة هذه في الحفاظ على الأداء الأمثل والتعديلات الفورية أثناء الرحلة.

• ترقيات البرامج الثابتة لـ ESC عن بعد: تضمن القدرة على ترقية البرامج الثابتة لـ ESC عن بعد عبر CAN إمكانية تحديث الطائرة بدون طيار دائمًا بأحدث الميزات والتحسينات دون الحاجة إلى الوصول الفعلي إلى الطائرة بدون طيار، وبالتالي تعزيز الكفاءة التشغيلية.

التكامل الشامل لوحدة تحكم الطيران:

• التكامل السلس: تتوافق محركات XRotor مع العديد من وحدات التحكم في الطيران السائدة، مثل APM، وMicrok، وBoying، وJIYI، وQifei، وJimu. ويضمن هذا التوافق الواسع إمكانية دمج سلسلة XRotor بسلاسة في أنظمة الطائرات بدون طيار المتنوعة.

 

ملحقات الطائرات بدون طيار المدعومة ببروتوكول CAN

إليك بعض ملحقات الطائرات بدون طيار عالية الجودة التي تدعم بروتوكول CAN، مما يعزز أداء وموثوقية الطائرات بدون طيار الزراعية:

1. CUAV New PIX CAN PMU: تم تصميم وحدة إدارة الطاقة للكشف عن الجهد والتيار عالية الدقة للطائرات بدون طيار، مما يوفر إدارة دقيقة للطاقة ويعزز الكفاءة العامة لعمليات الطائرات بدون طيار .

2. CUAV New CAN PDB Carrier Board: لوحة الناقل هذه متوافقة مع وحدات التحكم في الطيران Pixhawk وPixhack وPx4، مما يوفر توزيعًا موثوقًا للطاقة وتكاملًا سلسًا لطائرات الهليكوبتر بدون طيار RC.

3. وحدة توسيع منفذ CAN Hub 2-12S التي تعمل بالطاقة من HolyBro: تم تطوير هذه الوحدة لمختلف وحدات التحكم في الطيران، وتسمح بتوسيع منافذ CAN، مما يسهل اتصال أجهزة متعددة و تحسين كفاءة الاتصال.

4. CUAV New NEO 3X GPS: تتميز وحدة GPS هذه ببروتوكول Ublox M9N GNSS وDroneCAN، وتوفر تحديد المواقع بدقة وملاحة موثوقة للطائرات بدون طيار.

5. لوحة حامل وحدة الطاقة CUAV CAN PDB وX7+ Pro Core Pixhawk Flight Controller Autopilot : تتضمن هذه الحزمة الشاملة لوحة توزيع الطاقة ووحدة تحكم طيران عالية الأداء، مما يضمن تحكمًا قويًا وإدارة الطاقة لتطبيقات الطائرات بدون طيار المتقدمة.

6. CUAV Can PMU: وحدة رقمية عالية الدقة للكشف عن الطاقة مصممة لإدارة طاقة الطائرات بدون طيار، مما يضمن مراقبة دقيقة واستخدام فعال للطاقة.

7. وحدة التحكم في الطيران CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro NEO 3 Pro GPS ومجموعة وحدة الطاقة CAN PMU: تتضمن حزمة التحرير والسرد هذه وحدة تحكم في الطيران، ووحدة GPS، ووحدة إدارة الطاقة، توفير حل كامل للتحكم في الطائرات بدون طيار والملاحة.

8. وحدة JIYI CAN HUB لوحدة التحكم في الطيران K++ V2 : دعم مدخلات الطاقة 6-14S وإخراج 12 فولت، تم تصميم وحدة محور CAN هذه للطائرات بدون طيار الزراعية، مما يوفر توزيعًا موثوقًا للطاقة و تعزيز الاتصالات.

9. مستشعر السرعة الجوية CUAV MS5525 SKYE: يتميز هذا المستشعر بهيكل مقاوم للمطر، وإزالة الجليد الذكي، ونظام التحكم المزدوج في درجة الحرارة، مما يوفر قياسات دقيقة للسرعة الجوية تصل إلى 500 كم/ساعة باستخدام CAN بروتوكول.

تضمن هذه الملحقات، بدعم بروتوكول CAN المتقدم، تحكمًا دقيقًا واتصالًا قويًا وإدارة فعالة للطاقة، مما يعزز بشكل كبير أداء وموثوقية الطائرات بدون طيار الزراعية.

 

الاستنتاج

في حين أن كلاً من CAN وPWM لهما مكانهما في التحكم في محرك الطائرة بدون طيار، فإن دمج كلا البروتوكولين في سلسلة محرك XRotor من Hobbywing يضع معيارًا جديدًا للموثوقية والدقة والوظائف المتقدمة. يوفر التحكم القوي وعالي الدقة لبروتوكول CAN وقدرات معالجة البيانات الشاملة، جنبًا إلى جنب مع بساطة PWM وتوافقه الواسع، حلاً متعدد الاستخدامات ويمكن الاعتماد عليه. يضمن هذا النهج المزدوج البروتوكول أن الطائرات بدون طيار الزراعية المجهزة بمحركات XRotor يمكنها تحقيق أداء مستقر وفعال ودقيق، وتلبية المتطلبات الصارمة للتطبيقات الزراعية الحديثة.