Im Bereich der Drohnenmotorsteuerung gibt es zwei gängige Kommunikationsprotokolle: CAN (Controller Area Network) und PWM (Pulsweitenmodulation). Jedes Protokoll hat unterschiedliche Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen. Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Systems für verschiedene Anwendungen, insbesondere im anspruchsvollen Umfeld landwirtschaftlicher Drohnen.

CAN (Controller Area Network)

DÜRFEN ist ein robustes digitales Kommunikationsprotokoll für die zuverlässige Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Es wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, hat sich aber inzwischen in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Drohnentechnologie, breit etabliert.

Technische Grundlagen von CAN:

• Digitale Kommunikation: CAN verwendet eine differenzielle Signaltechnik, bei der zwei komplementäre Signale gesendet werden, um Rauschen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
• Datenrahmen: Daten werden in Frames übertragen, die nicht nur die Datennutzlast, sondern auch Adressinformationen, Steuerbits und Fehlererkennungsbits enthalten.
• Fehlerbehandlung: CAN verfügt über integrierte Mechanismen zur Fehlererkennung und -korrektur, einschließlich zyklischer Redundanzprüfungen (CRC) und Bestätigungsschlitzen.
• Multi-Master: CAN unterstützt eine Multi-Master-Architektur, d. h. jeder Knoten kann die Kommunikation ohne zentralen Controller initiieren.

Vorteile von CAN:

1. Digitale Kommunikation: CAN verwendet digitale Signale zur Datenübertragung, was eine präzise und zuverlässige Steuerung des Motors ermöglicht. Diese digitale Natur stellt sicher, dass die Anweisungen klar und weniger fehleranfällig sind.

2. Hohe Störfestigkeit: Die digitalen Signale von CAN sind äußerst widerstandsfähig gegen elektromagnetische Störungen (EMI), was in Umgebungen mit erheblichem elektronischen Rauschen von entscheidender Bedeutung ist.

3. Multifunktionale Datenübertragung: CAN ermöglicht nicht nur die Steuerung der Motordrossel, sondern auch die Übertragung einer Vielzahl von Daten, darunter Motordrehzahl, Temperatur, Stromstärke und andere Betriebsparameter. Diese umfassende Datenübertragung unterstützt erweiterte Überwachung und Diagnose.

4. Regelung: CAN ermöglicht Regelungssysteme mit geschlossenem Regelkreis. Durch Echtzeit-Feedback vom Motor können die Regelparameter dynamisch angepasst werden, was einen stabilen und effizienten Betrieb gewährleistet.

5. Fehlererkennung und -korrektur: CAN verfügt über integrierte Mechanismen zur Fehlererkennung und -korrektur, die die Zuverlässigkeit der Kommunikation verbessern und die Wahrscheinlichkeit einer Datenbeschädigung verringern.

6. Reduzierter Verdrahtungsaufwand: CAN ermöglicht die Kommunikation mehrerer Geräte über einen einzigen Bus, wodurch die Komplexität und das Gewicht der Verkabelung reduziert werden, was bei Drohnenanwendungen von Vorteil ist.

PWM (Pulsweitenmodulation)

PWM ist ein einfacheres, analoges Kommunikationsprotokoll, bei dem die Impulsbreite variiert wird, um die Geschwindigkeit und Richtung des Motors zu steuern. Aufgrund seiner einfachen Implementierung ist es weit verbreitet.

Technische Grundlagen der PWM:

• Analoge Steuerung: PWM moduliert die Breite digitaler Impulse, um unterschiedliche Leistungsstufen für den Motor zu simulieren. Die Breite des Impulses (Arbeitszyklus) bestimmt die Motordrehzahl.
• Signalfrequenz: PWM-Signale arbeiten normalerweise mit einer festen Frequenz, wobei der Arbeitszyklus angepasst wird, um die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom zu steuern.
• Arbeitszyklus: Der Prozentsatz einer Periode, in der das Signal aktiv ist.Ein höherer Arbeitszyklus entspricht einer höheren Leistungsabgabe und einer schnelleren Motordrehzahl.

Vorteile von PWM:

1. Einfachheit: PWM ist relativ einfach zu implementieren und zu verstehen, was es zu einer kostengünstigen Lösung für grundlegende Motorsteuerungsanforderungen macht.

2. Niedrige Kosten: Die für PWM erforderliche Hardware ist im Allgemeinen günstiger als CAN, was es zu einer attraktiven Option für kostenbewusste Anwendungen macht.

3. Breite Kompatibilität: Die meisten Motorsteuerungen unterstützen PWM-Signale und gewährleisten so umfassende Kompatibilität und einfache Integration.

Nachteile von PWM:

1. Störanfälligkeit: Als analoges Signal ist PWM anfälliger für elektromagnetische Störungen, die zu einer Signalverschlechterung und einer unzuverlässigen Motorsteuerung führen können.

2. Eingeschränkte Funktionalität: PWM steuert in erster Linie die Geschwindigkeit und Richtung des Motors, unterstützt jedoch nicht die Übertragung zusätzlicher Daten wie Motorstatus oder Betriebsparameter.

3. Offene Regelung: PWM-Systeme arbeiten typischerweise in einer Open-Loop-Konfiguration ohne Echtzeit-Feedback, was zu weniger präziser Steuerung und Stabilitätsproblemen führen kann.

Warum CAN betonen?

Bei modernen Drohnenanwendungen, insbesondere in komplexen und anspruchsvollen Umgebungen wie der Landwirtschaft, liegt die Betonung von CAN gegenüber PWM an mehreren kritischen Faktoren:

1. Hohe Präzision und Zuverlässigkeit: Die digitale Natur von CAN ermöglicht eine hochpräzise Motorsteuerung, die für Aufgaben von entscheidender Bedeutung ist, die eine stabile und genaue Leistung erfordern.

2. Verbesserte Stabilität: Selbst in Einzel-GPS-Szenarien ohne RTK-Korrekturen (Real-Time Kinematic) kann CAN einen stabilen Flug aufrechterhalten. Dies liegt daran, dass CAN-Systeme Daten von verschiedenen Sensoren (wie IMU, Barometern und Magnetometern) integrieren können, um die Motorsteuerung dynamisch anzupassen.

3. Umfassende Datenverarbeitung: Die Fähigkeit von CAN, eine umfassende Datenübertragung zu bewältigen, gewährleistet eine bessere Überwachung und Diagnose, was zu einer verbesserten Wartung und Betriebseffizienz führt.

4. Robustheit in rauen Umgebungen: Die hohe Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen macht CAN zur bevorzugten Wahl in industriellen und landwirtschaftlichen Umgebungen, in denen Störungen vorherrschen.

5. Skalierbarkeit und Flexibilität: Die Fähigkeit von CAN, mehrere Geräte auf demselben Bus zu unterstützen, macht es skalierbar und flexibel für komplexe Drohnensysteme, die zahlreiche Sensoren und Controller erfordern.

Hobbywing XRotor-Motorserie: Die ultimative Lösung für Agrardrohnen

Hobbywing XRotor Motor Die Serie veranschaulicht die Vorteile der Integration von CAN- und PWM-Protokollen für landwirtschaftliche Drohnen. Diese Motoren wurden speziell für robuste Stromversorgungslösungen entwickelt und verfügen über die Kommunikationsprotokolle CAN und PWM. Dadurch bieten sie unübertroffene Zuverlässigkeit und Leistung.

Dual-Protokoll-Integration:

• CAN- und PWM-Backup: Die XRotor-Motoren unterstützen sowohl CAN- als auch PWM-Protokolle. Dadurch kann bei Ausfall eines Protokolls das andere als Backup dienen. Dieser Dual-Protokoll-Ansatz erhöht die Zuverlässigkeit des Motorsteuerungssystems erheblich.

Erweiterte CAN-Kommunikation:

• Verbesserte Datenkommunikation: Die umfassende Integration der CAN-Kommunikation in die XRotor-Serie bietet ein neues Niveau der Datenkommunikationserfahrung.Es ermöglicht die Übertragung detaillierter Motor- und ESC-Daten (Electronic Speed ​​Controller) und gewährleistet so eine präzise Steuerung und Überwachung.

• Digitale Drosselklappensteuerung: Mit dem CAN-fähigen digitalen Gashebel ist die Steuerungspräzision unübertroffen. Dies ermöglicht eine sanfte und präzise Anpassung der Motordrehzahl und des Drehmoments und gewährleistet so eine stabile Flugleistung auch unter schwierigen Bedingungen.

Echtzeitdaten und Remote-Upgrades:

• Echtzeit-Feedback: Alle wichtigen Informationen, einschließlich ESC- und Motorbetriebsdaten, werden in Echtzeit abgerufen. Diese kontinuierliche Feedbackschleife trägt zur Aufrechterhaltung optimaler Leistung und sofortiger Anpassungen während des Fluges bei.

• Remote-ESC-Firmware-Upgrades: Die Möglichkeit, die ESC-Firmware per Fernzugriff über CAN zu aktualisieren, stellt sicher, dass die Drohne immer mit den neuesten Funktionen und Verbesserungen aktualisiert werden kann, ohne dass ein physischer Zugriff auf die Drohne erforderlich ist, wodurch die Betriebseffizienz verbessert wird.

Umfassende Flugsteuerungsintegration:

• Nahtlose Integration: Die XRotor-Motoren sind mit verschiedenen gängigen Flugsteuerungen wie APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei und Jimu kompatibel. Diese breite Kompatibilität stellt sicher, dass die XRotor-Serie nahtlos in verschiedene Drohnensysteme integriert werden kann.

CAN-Protokoll-unterstütztes Drohnenzubehör

Hier sind einige hochwertige Drohnenzubehörteile, die das CAN-Protokoll unterstützen und die Leistung und Zuverlässigkeit von Agrardrohnen verbessern:

1. CUAV Neue PIX CAN PMU: Dieses hochpräzise Energieverwaltungsmodul zur Spannungs- und Stromerkennung ist für UAVs konzipiert, bietet eine genaue Energieverwaltung und verbessert die Gesamteffizienz des Drohnenbetriebs.

2. CUAV Neue CAN PDB-Trägerplatine: Diese Trägerplatine ist mit den Flugsteuerungen Pixhawk, Pixhack und Px4 kompatibel und bietet eine zuverlässige Stromverteilung und nahtlose Integration für RC-Drohnenhubschrauber.

3. HolyBro CAN Hub 2-12S Stromversorgungsmodul für CAN-Ports: Dieses für verschiedene Flugsteuerungen entwickelte Modul ermöglicht die Erweiterung von CAN-Anschlüssen, erleichtert den Anschluss mehrerer Geräte und verbessert die Kommunikationseffizienz.

4. CUAV Neues NEO 3X GPS: Ausgestattet mit dem Ublox M9N GNSS- und DroneCAN-Protokoll bietet dieses GPS-Modul präzise Positionierung und zuverlässige Navigation für Drohnen.

5. CUAV CAN PDB-Strommodul-Trägerplatine und X7+ Pro Core Pixhawk Flugregler-Autopilot: Dieses umfassende Paket umfasst eine Stromverteilungsplatine und einen Hochleistungs-Flugcontroller und gewährleistet eine robuste Steuerung und Energieverwaltung für fortschrittliche Drohnenanwendungen.

6. CUAV Can PMU: Ein digitales, hochpräzises Leistungserkennungsmodul für das UAV-Leistungsmanagement, das eine genaue Überwachung und effiziente Leistungsnutzung gewährleistet.

7. CUAV Pixhawk Drohne FPV X7+ Pro Flugcontroller NEO 3 Pro GPS und CAN PMU Power Module Combo: Dieses Kombipaket enthält einen Flugcontroller, ein GPS-Modul und eine Energieverwaltungseinheit und bietet eine Komplettlösung für die Drohnensteuerung und -navigation.

8. JIYI CAN HUB-Modul für K++ V2 Flugcontroller: Dieses CAN-Hub-Modul unterstützt 6–14 S Stromeingang und 12 V Ausgang und ist für landwirtschaftliche Drohnen konzipiert. Es bietet eine zuverlässige Stromverteilung und verbesserte Kommunikation.

9. CUAV MS5525 SKYE Luftgeschwindigkeitssensor: Dieser Sensor verfügt über eine regenfeste Struktur, eine intelligente Enteisungsfunktion und ein duales Temperaturkontrollsystem und ermöglicht mithilfe des CAN-Protokolls genaue Luftgeschwindigkeitsmessungen von bis zu 500 km/h.

Diese Zubehörteile mit ihrer erweiterten CAN-Protokollunterstützung gewährleisten eine präzise Steuerung, robuste Kommunikation und effizientes Energiemanagement und verbessern so die Leistung und Zuverlässigkeit von Agrardrohnen erheblich.

Abschluss

Während sowohl CAN als auch PWM ihre Berechtigung in der Drohnenmotorsteuerung haben, setzt die Integration beider Protokolle in die XRotor-Motorserie von Hobbywing einen neuen Standard für Zuverlässigkeit, Präzision und erweiterte Funktionalität. Die robuste, hochpräzise Steuerung und die umfassenden Datenverarbeitungsfunktionen des CAN-Protokolls, kombiniert mit der Einfachheit und breiten Kompatibilität von PWM, bieten eine vielseitige und zuverlässige Lösung. Dieser Dual-Protokoll-Ansatz stellt sicher, dass Agrardrohnen mit XRotor-Motoren eine stabile, effiziente und präzise Leistung erzielen und den hohen Anforderungen moderner Agraranwendungen gerecht werden.