في مجال التحكم بمحركات الطائرات بدون طيار، يُستخدم بروتوكولان شائعان للاتصالات: CAN (شبكة منطقة التحكم) وPWM (تعديل عرض النبضة). لكل بروتوكول خصائصه ومزاياه وقيوده الخاصة. يُعد فهم هذه الاختلافات أمرًا بالغ الأهمية لاختيار النظام المناسب لمختلف التطبيقات، وخاصةً في بيئة الطائرات بدون طيار الزراعية المتطلبة.

CAN (شبكة منطقة التحكم)

يستطيع هو بروتوكول اتصالات رقمي متين مصمم لنقل البيانات بسرعة وموثوقية عالية. طُوّر في البداية لصناعة السيارات، ولكنه انتشر على نطاق واسع في مجالات مختلفة، بما في ذلك تكنولوجيا الطائرات بدون طيار.

المبادئ التقنية لشبكة CAN:

• الاتصالات الرقمية:تستخدم CAN تقنية الإشارة التفاضلية، والتي تتضمن إرسال إشارتين متكاملتين لتقليل الضوضاء وتحسين الموثوقية.
• إطارات البيانات:يتم نقل البيانات في إطارات، والتي لا تتضمن فقط حمولة البيانات ولكن أيضًا معلومات العنوان وبتات التحكم وبتات اكتشاف الأخطاء.
• معالجة الأخطاء:تحتوي CAN على آليات مدمجة لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها، بما في ذلك عمليات التحقق من التكرار الدوري (CRC) وفتحات الإقرار.
• متعدد الماجستير:يدعم CAN بنية متعددة الأسياد، مما يعني أن أي عقدة يمكنها بدء الاتصال دون الحاجة إلى وحدة تحكم مركزية.

مزايا CAN:

1. الاتصالات الرقميةيستخدم نظام CAN إشارات رقمية لنقل البيانات، مما يتيح تحكمًا دقيقًا وموثوقًا في المحرك. تضمن هذه الطبيعة الرقمية وضوح التعليمات وتقليل احتمالية حدوث أخطاء.

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

3. نقل البيانات متعدد الوظائف:لا يقتصر دور CAN على التحكم في دواسة الوقود فحسب، بل ينقل أيضًا مجموعة واسعة من البيانات، بما في ذلك سرعة المحرك، ودرجة الحرارة، والتيار، وغيرها من معلمات التشغيل. يدعم هذا النقل الشامل للبيانات المراقبة والتشخيص المتقدمين.

4. التحكم في الحلقة المغلقة:يُمكّن نظام CAN أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة. يُمكن استخدام التغذية الراجعة الفورية من المحرك لضبط معلمات التحكم ديناميكيًا، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا وفعالًا.

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:تتيح تقنية CAN لأجهزة متعددة التواصل عبر ناقل واحد، مما يقلل من تعقيد ووزن الأسلاك، وهو أمر مفيد في تطبيقات الطائرات بدون طيار.

PWM (تعديل عرض النبضة)

تعديل عرض النبضة هو بروتوكول اتصال تناظري أبسط، حيث يُغيّر عرض النبضة للتحكم في سرعة المحرك واتجاهه. يُستخدم على نطاق واسع لسهولة تطبيقه.

المبادئ التقنية لـ PWM:

• التحكم التناظري:يُعدِّل تعديل عرض النبضات (PWM) عرض النبضات الرقمية لمحاكاة مستويات طاقة متفاوتة للمحرك. يُحدِّد عرض النبضة (دورة العمل) سرعة المحرك.
• تردد الإشارة:تعمل إشارات PWM عادةً بتردد ثابت، مع ضبط دورة العمل للتحكم في جهد التيار والخرج.
• دورة العمل:النسبة المئوية لفترة واحدة تكون فيها الإشارة نشطة.تتوافق دورة العمل الأعلى مع إنتاج طاقة أعلى وسرعة أكبر للمحرك.

مزايا PWM:

1. بساطة:يعتبر PWM سهل التنفيذ والفهم نسبيًا، مما يجعله حلاً فعالاً من حيث التكلفة لتلبية احتياجات التحكم الأساسية في المحرك.

2. منخفضة التكلفة:إن الأجهزة المطلوبة لـ PWM أقل تكلفة بشكل عام مقارنةً بـ CAN، مما يجعلها خيارًا جذابًا للتطبيقات التي تهتم بالميزانية.

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

عيوب PWM:

1. قابلية التداخل:كإشارة تناظرية، تكون تقنية 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، وتفتقر إلى ردود الفعل في الوقت الفعلي، مما قد يؤدي إلى مشكلات أقل دقة في التحكم والاستقرار.

لماذا نؤكد على CAN؟

في تطبيقات الطائرات بدون طيار الحديثة، وخاصة في البيئات المعقدة والصعبة مثل الزراعة، فإن التركيز على CAN بدلاً من PWM يرجع إلى عدة عوامل حاسمة:

1. دقة عالية وموثوقية:تتيح الطبيعة الرقمية لـ CAN التحكم في المحرك بدقة عالية، وهو أمر ضروري للمهام التي تتطلب أداءً مستقرًا ودقيقًا.

2. استقرار مُحسَّنحتى في سيناريوهات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المفردة دون تصحيحات RTK (الحركة في الوقت الفعلي)، يمكن لـ CAN الحفاظ على استقرار الطيران. ويرجع ذلك إلى قدرة أنظمة CAN على دمج البيانات من أجهزة استشعار مختلفة (مثل وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ومقاييس الضغط الجوي ومقاييس المغناطيسية) لضبط التحكم في المحرك ديناميكيًا.

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

4. المتانة في البيئات القاسية:إن المقاومة القوية للتداخل الكهرومغناطيسي تجعل من CAN الخيار المفضل في البيئات الصناعية والزراعية حيث يكون التداخل سائدًا.

5. قابلية التوسع والمرونة:تتمتع CAN بقدرة على دعم أجهزة متعددة على نفس الناقل مما يجعلها قابلة للتطوير ومرنة لأنظمة الطائرات بدون طيار المعقدة التي تتطلب العديد من أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم.

سلسلة محركات XRotor من Hobbywing: الحل الأمثل للطائرات الزراعية بدون طيار

محرك هوبيوينج XRotor تُجسّد هذه السلسلة مزايا دمج بروتوكولي CAN وPWM للطائرات الزراعية بدون طيار. صُممت هذه المحركات خصيصًا لتوفير حلول طاقة متينة، حيث تجمع بين بروتوكولي اتصال CAN وPWM، مما يوفر موثوقية وأداءً لا مثيل لهما.

تكامل البروتوكول المزدوج:

• النسخ الاحتياطي لـ CAN + PWMتدعم محركات XRotor بروتوكولي CAN وPWM، مما يضمن أنه في حال فشل أحدهما، يعمل الآخر كبديل. هذا النهج المزدوج البروتوكول يعزز بشكل كبير موثوقية نظام التحكم في المحركات.

اتصالات CAN المتقدمة:

• تحسين اتصالات البيانات:يؤدي التكامل الشامل لاتصالات CAN في سلسلة XRotor إلى توفير مستوى جديد من تجربة اتصالات البيانات.يتيح نقل البيانات التفصيلية للمحرك ووحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC)، مما يضمن التحكم الدقيق والمراقبة.

• التحكم الرقمي في الخانقبفضل الخانق الرقمي المُمَكَّن بتقنية CAN، تُصبح دقة التحكم لا مثيل لها. هذا يسمح بتعديلات سلسة ودقيقة لسرعة المحرك وعزم دورانه، مما يضمن أداء طيران مستقرًا حتى في الظروف الصعبة.

البيانات في الوقت الفعلي والترقيات عن بعد:

• ردود الفعل في الوقت الحقيقييتم استرجاع جميع المعلومات الحيوية، بما في ذلك بيانات التحكم الإلكتروني في السرعة (ESC) وبيانات عمل المحرك، في الوقت الفعلي. تساعد هذه الحلقة المتواصلة من التغذية الراجعة في الحفاظ على الأداء الأمثل وإجراء التعديلات الفورية أثناء الطيران.

• ترقيات البرامج الثابتة لـ ESC عن بُعد:إن القدرة على ترقية البرامج الثابتة لـ ESC عن بعد عبر CAN تضمن 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 التحكم في الطيران:

• التكامل السلسمحركات XRotor متوافقة مع مختلف وحدات تحكم الطيران الشائعة، مثل APM، وMicrok، وBoying، وJIYI، وQifei، وJimu. يضمن هذا التوافق الواسع إمكانية دمج سلسلة XRotor بسلاسة في مختلف أنظمة الطائرات بدون طيار.

ملحقات الطائرات بدون طيار المدعومة ببروتوكول CAN

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

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

2. لوحة حاملة CAN PDB الجديدة من CUAV:تتوافق لوحة الناقل هذه 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 بالطاقة HolyBro CAN Hub 2-12S:تم تطوير هذه الوحدة خصيصًا لوحدات التحكم في الطيران المختلفة، وهي تسمح بتوسيع منافذ CAN، مما يسهل توصيل أجهزة متعددة ويحسن كفاءة الاتصال.

4. جهاز CUAV New NEO 3X GPS:بفضل بروتوكول Ublox M9N GNSS و DroneCAN، توفر وحدة GPS هذه تحديد المواقع الدقيق والملاحة الموثوقة للطائرات بدون طيار.

5. وحدة الطاقة CUAV CAN PDB ولوحة الناقل ووحدة التحكم في الطيران Pixhawk X7+ Pro Core:تتضمن هذه الحزمة الشاملة لوحة توزيع الطاقة ووحدة تحكم طيران عالية الأداء، مما يضمن التحكم القوي وإدارة الطاقة لتطبيقات الطائرات بدون طيار المتقدمة.

6. CUAV Can PMU:وحدة كشف الطاقة الرقمية عالية الدقة مصممة لإدارة طاقة الطائرات بدون طيار، مما يضمن مراقبة دقيقة واستخدام طاقة فعال.

7. وحدة تحكم طيران CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro NEO 3 Pro GPS وCAN PMU وحدة طاقة كومبو:تتضمن هذه الحزمة المدمجة وحدة تحكم في الطيران ووحدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ووحدة إدارة الطاقة، مما يوفر حلاً كاملاً للتحكم في الطائرات بدون طيار والملاحة.

8. وحدة JIYI CAN HUB لوحدة التحكم في الطيران K++ V2:تدعم وحدة محور CAN هذه مدخلات الطاقة 6-14S ومخرجات 12 فولت، وهي مصممة للطائرات الزراعية بدون طيار، مما يوفر توزيعًا موثوقًا للطاقة واتصالات محسنة.

9. مستشعر سرعة الهواء CUAV MS5525 SKYEيتميز هذا المستشعر بهيكل مقاوم للمطر، وإزالة الجليد الذكية، ونظام التحكم المزدوج في درجة الحرارة، مما يوفر قياسات دقيقة لسرعة الهواء تصل إلى 500 كم/ساعة باستخدام بروتوكول CAN.

تضمن هذه الملحقات، بدعمها لبروتوكول CAN المتقدم، التحكم الدقيق، والاتصالات القوية، وإدارة الطاقة الفعالة، مما يعزز بشكل كبير أداء وموثوقية الطائرات بدون طيار الزراعية.

خاتمة

بينما لكلٍّ من بروتوكولي CAN وPWM مكانهما في التحكم بمحركات الطائرات بدون طيار، فإن دمج كلا البروتوكولين في سلسلة محركات XRotor من Hobbywing يضع معيارًا جديدًا للموثوقية والدقة والوظائف المتقدمة. يوفر بروتوكول CAN تحكمًا قويًا وعالي الدقة وقدرات شاملة لمعالجة البيانات، بالإضافة إلى بساطة PWM وتوافقه الواسع، حلاً متعدد الاستخدامات وموثوقًا. يضمن هذا النهج ثنائي البروتوكول أن تحقق الطائرات الزراعية بدون طيار المجهزة بمحركات XRotor أداءً مستقرًا وفعالًا ودقيقًا، مما يلبي المتطلبات الصارمة للتطبيقات الزراعية الحديثة.