Im Bereich der Drohnenmotorsteuerung sind zwei vorherrschende Kommunikationsprotokolle CAN (Controller Area Network) und PWM (Pulsweitenmodulation). Jedes Protokoll weist unterschiedliche Merkmale, Vorteile und Einschränkungen auf. 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)

CAN ist ein robustes digitales Kommunikationsprotokoll, das für eine zuverlässige Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung entwickelt wurde. Es wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, hat sich aber inzwischen in verschiedenen Bereichen weit verbreitet, darunter auch in der Drohnentechnologie.

Technische Prinzipien von CAN:

• Digitale Kommunikation: CAN verwendet eine Differenzsignaltechnik, bei der zwei komplementäre Signale gesendet werden, um Rauschen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
• Datenrahmen: Daten werden in Rahmen 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 Bestätigungsslots.
• Multi-Master: CAN unterstützt eine Multi-Master-Architektur, was bedeutet, dass jeder Knoten ohne einen zentralen Controller eine Kommunikation initiieren kann.

Vorteile von CAN:

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

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

3. Multifunktionale Datenübertragung: CAN kann nicht nur die Drosselklappe des Motors steuern, sondern auch eine Vielzahl von Daten übertragen, darunter Motorgeschwindigkeit, Temperatur, Strom und andere Betriebsparameter. Diese umfassende Datenübertragung unterstützt erweiterte Überwachung und Diagnose.

4. Closed-Loop Control: CAN ermöglicht Regelungssysteme. Echtzeit-Feedback vom Motor kann genutzt werden, um die Regelparameter dynamisch anzupassen und so einen stabilen und effizienten Betrieb zu gewährleisten.

5. Fehlererkennung und -korrektur: CAN verfügt über integrierte Fehlererkennungs- und -korrekturmechanismen, die die Zuverlässigkeit der Kommunikation erhöhen und das Risiko einer Datenbeschädigung verringern.

6. Reduzierter Verkabelungsaufwand: 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, analogbasiertes Kommunikationsprotokoll, bei dem die Breite eines Impulses variiert wird, um die Geschwindigkeit und Richtung des Motors zu steuern. Aufgrund seiner einfachen Implementierung ist es weit verbreitet.

Technische Prinzipien von PWM:

• Analogsteuerung: PWM moduliert die Breite digitaler Impulse, um unterschiedliche Leistungsniveaus für den Motor zu simulieren. Die Breite des Impulses (Einschaltdauer) bestimmt die Drehzahl des Motors.
• Signalfrequenz: PWM-Signale arbeiten normalerweise mit einer festen Frequenz, wobei das Tastverhältnis 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 Motorgeschwindigkeit.

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. Geringe Kosten: Die für PWM erforderliche Hardware ist im Vergleich zu CAN im Allgemeinen günstiger, was es zu einer attraktiven Option für preisbewusste Anwendungen macht.

3. Umfassende Kompatibilität: Die meisten Motorsteuerungen unterstützen PWM-Signale, was eine breite Kompatibilität und einfache Integration gewährleistet.

Nachteile von PWM:

1. Anfälligkeit gegenüber Störungen: Als analoges Signal ist PWM anfälliger für elektromagnetische Störungen, die zu Signalverschlechterung und unzuverlässiger Motorsteuerung führen können.

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

3. Steuerung mit offenem Regelkreis: PWM-Systeme arbeiten typischerweise in einer Konfiguration mit offenem Regelkreis und verfügen nicht über Echtzeit-Feedback, was zu weniger präzisen Steuerungs- und Stabilitätsproblemen führen kann.

Warum CAN betonen?

In modernen Drohnenanwendungen, insbesondere in komplexen und anspruchsvollen Umgebungen wie der Landwirtschaft, ist die Betonung von CAN gegenüber PWM auf mehrere kritische Faktoren zurückzuführen:

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

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 verschiedener Sensoren (wie IMU, Barometer und Magnetometer) integrieren können, um die Motorsteuerung dynamisch anzupassen.

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

4. Robustheit in rauen Umgebungen: Die starke Beständigkeit 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 am selben Bus zu unterstützen, macht es skalierbar und flexibel für komplexe Drohnensysteme, die zahlreiche Sensoren und Controller erfordern.

Hobbywing XRotor-Motorserie: Die ultimative Lösung für landwirtschaftliche Drohnen

Die

Hobbywing XRotor Motor-Serie veranschaulicht die Vorteile der Integration von CAN- und PWM-Protokollen für landwirtschaftliche Drohnen. Diese Motoren wurden speziell für die Bereitstellung robuster Stromversorgungslösungen entwickelt und verfügen über CAN- und PWM-Kommunikationsprotokolle, die eine beispiellose Zuverlässigkeit und Leistung bieten.

Dual-Protokoll-Integration:

• CAN + PWM Backup: Die XRotor-Motoren unterstützen sowohl CAN- als auch PWM-Protokolle und stellen so sicher, dass bei Ausfall eines Protokolls das andere als Backup dienen kann. 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 bringt ein neues Maß an Datenkommunikationserlebnis. Es ermöglicht die Übertragung detaillierter Motor- und ESC-Daten (Electronic Speed ​​Controller) und gewährleistet so eine präzise Steuerung und Überwachung.

• Digitale Drosselklappensteuerung: Mit der CAN-fähigen digitalen Drosselklappe ist die Steuerungspräzision unübertroffen. Dies ermöglicht eine sanfte und genaue Anpassung der Motorgeschwindigkeit und des Drehmoments und sorgt so für 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 Rückkopplungsschleife hilft bei der Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung und sofortigen Anpassungen während des Fluges.

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

Umfassende Flight Controller-Integration:

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

 

Von CAN-Protokoll unterstütztes Drohnenzubehör

Hier finden Sie hochwertiges Drohnenzubehör, das das CAN-Protokoll unterstützt und so die Leistung und Zuverlässigkeit landwirtschaftlicher Drohnen verbessert:

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

2. CUAV Neues CAN-PDB-Trägerboard: Dieses Trägerboard ist mit Pixhawk-, Pixhack- und Px4-Flugsteuerungen kompatibel und bietet zuverlässige Stromverteilung und nahtlose Integration für RC-Drohnenhubschrauber.

3. HolyBro CAN Hub 2-12S Powered CAN Port Expansion Module: Dieses Modul wurde für verschiedene Flugcontroller entwickelt und ermöglicht die Erweiterung von CAN-Ports, was den Anschluss mehrerer Geräte erleichtert Verbesserung der Kommunikationseffizienz.

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

5. CUAV CAN PDB Power Module Carrier Board und X7+ Pro Core Pixhawk Flight Controller Autopilot: Dieses umfassende Paket umfasst eine Stromverteilungsplatine und einen leistungsstarken Flight Controller, der eine robuste Steuerung gewährleistet und Energiemanagement für fortschrittliche Drohnenanwendungen.

6. CUAV Can PMU: Ein digitales, hochpräzises Leistungserkennungsmodul, das für das UAV-Energiemanagement entwickelt wurde und eine genaue Überwachung und einen effizienten Stromverbrauch gewährleistet.

7. CUAV Pixhawk Drone FPV Bereitstellung einer Komplettlösung für die Drohnensteuerung und -navigation.

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

9. CUAV MS5525 SKYE Fluggeschwindigkeitssensor: Dieser Sensor verfügt über eine regensichere Struktur, intelligente Enteisung und ein duales Temperaturkontrollsystem und ermöglicht mithilfe des CAN genaue Fluggeschwindigkeitsmessungen bis zu 500 km/h Protokoll.

Dieses Zubehör sorgt mit seiner fortschrittlichen CAN-Protokollunterstützung für präzise Steuerung, robuste Kommunikation und effizientes Energiemanagement und steigert so die Leistung und Zuverlässigkeit landwirtschaftlicher Drohnen erheblich.

 

Schlussfolgerung

Während sowohl CAN als auch PWM ihren Platz 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 bieten in Kombination mit der Einfachheit und umfassenden Kompatibilität von PWM eine vielseitige und zuverlässige Lösung. Dieser Dual-Protokoll-Ansatz stellt sicher, dass landwirtschaftliche Drohnen, die mit XRotor-Motoren ausgestattet sind, eine stabile, effiziente und präzise Leistung erzielen und den strengen Anforderungen moderner landwirtschaftlicher Anwendungen gerecht werden.