کنترلر پرواز صنعتی CUAV X25 Mega با IMU مدل ADIS-16607، سازگار با ArduPilot/PX4

کنترل‌کننده پرواز صنعتی CUAV X25 Mega یک کنترل‌کننده پرواز با عملکرد بالا است که برای سیستم‌های بدون سرنشین با نیازهای بالا طراحی شده است، از جمله UAVهای چندملخه، هواپیماهای بال ثابت، ربات‌های خودران، وسایل نقلیه زمینی بدون سرنشین و شناورهای سطحی بدون سرنشین.

این دستگاه بر اساس یک پردازنده 480 مگاهرتزی STM32H7 و معماری IMU صنعتی چندحسگری ساخته شده است و ترکیبی از حسگری دقیق حرکت، ایزولاسیون پیشرفته لرزش، مدیریت توان اضافی، قابلیت جریان بالا، اتصال CAN و اترنت 100 مگابیت بر ثانیه را در یک پلتفرم مدولار مقاوم ارائه می‌دهد.

این دستگاه با اکوسیستم‌های متن‌باز ArduPilot و PX4 سازگار است و آن را برای نقشه‌برداری حرفه‌ای، بازرسی، کشاورزی، رباتیک، ناوبری خودران و سایر کاربردهای صنعتی مناسب می‌سازد.

معماری چند IMU صنعتی

CUAV X25 Mega از یک آرایه حسگر ناهمگن استفاده می‌کند که برای بهبود قابلیت اطمینان در محیط‌های با لرزش شدید و دماهای متغیر طراحی شده است.

سیستم حسگر آن شامل:

• IMU صنعتی ADIS-16607
• حسگرهای اینرسی IIM-42652 و IIM-42653
• قطب‌نمای الکترونیکی RM3100
• بارومترهای TDK ICP-20100 و Bosch BMP581
• حسگرهای فشار بارومتریک دوگانه
• معماری نوسان‌ساز جبران دما
• پشتیبانی از افزونگی حسگر و سوئیچینگ خطا

استفاده از حسگرهایی با ویژگی‌های مختلف به کاهش خطرات خرابی حالت مشترک کمک می‌کند. اگر یک حسگر غیرقابل اعتماد شود، سیستم می‌تواند به منبع حسگر دیگری سوئیچ کند تا عملکرد پایدار را حفظ کند.

IMU صنعتی ADIS-16607

این حسگر برای کاربردهای رباتیک و اتوماسیون صنعتی توسعه یافته است و دقت بالا، نویز کم، انحراف دمایی کم و مقاومت در برابر شوک و لرزش را ارائه می‌دهد.

مشخصات کلیدی IMU که در مواد منبع نشان داده شده‌اند شامل:

• دامنه اندازه‌گیری ژیروسکوپ: ±2000°/s
• پیاده‌روی تصادفی زاویه‌ای: 0.21°/√hr
• دامنه شتاب‌سنج: ±40 g
• ثبات فرکانس نمونه‌برداری: بیش از 99%
• ساعت MEMS قابل برنامه‌ریزی
• حسگری اینرسی با دامنه دینامیکی بالا
• بهبود ثبات در حین عملیات با لرزش و سرعت بالا

در مقایسه با طراحی قبلی مبتنی بر ADIS-16470، معماری جدید IMU به عنوان ارائه‌دهنده مصرف انرژی کمتر و عملکرد کلی قوی‌تر معرفی شده است.

ساعت MEMS قابل برنامه‌ریزی

یک نوسان‌ساز MEMS قابل برنامه‌ریزی اختصاصی با ADIS-16607 برای بهبود دقت زمان‌بندی و ثبات نمونه‌برداری استفاده می‌شود.

این نوسان‌ساز ثبات فرکانس مشخصی به مقدار ±20 ppm, ارائه می‌دهد که به حفظ نمونه‌برداری مداوم IMU و بهبود عملکرد ناوبری در زمانی که سیگنال‌های GNSS رد، کاهش یا به طور موقت در دسترس نیستند، کمک می‌کند.

داده‌های آزمایشگاهی در تصاویر منبع گزارش می‌دهند:

• ثبات فرکانس نمونه‌برداری بالای 99%
• بهبود تقریباً 30% در ثبات انحراف صفر یاو
• مدت زمان آزمایش AHRS: 602 ثانیه
• فاصله آزمایش: 14.6 کیلومتر
• خطای موقعیت تخمینی به اندازه 103.1 متر
• خطای مرجع: 206.3 متر

این ارقام نتایج آزمایشگاهی هستند و ممکن است با نرم‌افزار، نصب، کالیبراسیون، پیکربندی وسیله نقلیه و شرایط عملیاتی متفاوت باشند.

ایزولاسیون لرزش نسل چهارم

X25 Mega از طراحی ماتریس دمپینگ مایل و متقارن نسل چهارم CUAV استفاده می‌کند.

عناصر دما سنج دقیقاً کالیبره شده، ایزولاسیون لرزش متعادل در چندین جهت را فراهم می‌کنند. طراحی به کاهش لرزش‌های با فرکانس بالا قبل از رسیدن به حسگرهای اینرسی کمک می‌کند و تخمین وضعیت و ثبات داده‌های حسگر را در شرایط عملیاتی سخت بهبود می‌بخشد.

این سیستم همچنین از یک پیکربندی ایزولاسیون لرزش دو لایه با نصب ثابت خارجی برای نصب‌هایی که به دما سنج مکانیکی اضافی نیاز دارند، پشتیبانی می‌کند.

سیستم جبران دما دوگانه

تغییرات دما می‌توانند بر ثبات IMU، نوسان‌ساز و پردازنده تأثیر بگذارند. برای حل این مشکل، X25 Mega کنترل دمای هماهنگ شده‌ای را برای هر دو برد حامل IMU و برد کنترلر اصلی ادغام می‌کند.

مزایای کلیدی شامل:

• پاسخ در سطح میلی‌ثانیه به تغییرات دما
• جبران دما در زمان واقعی با دقت اعلام شده تا ±0.5°C
• محیط عملیاتی پایدار برای IMU، MCU و نوسان‌ساز
• کاهش 15% در انحراف مرتبط با دما ادعا شده است
• بهبود 25% در ثبات راه‌حل وضعیت ادعا شده است

این بهبودهای عملکرد نتایج مقایسه‌ای اعلام شده توسط سازنده هستند.

پلتفرم پردازش STM32H7

کنترل‌کننده توسط یک پردازنده STM32H7 Arm Cortex-M7 با فرکانس 480 مگاهرتز تغذیه می‌شود.

مشخصات پردازنده:

• پردازنده: STM32H7 Arm Cortex-M7
• فرکانس ساعت: 480 مگاهرتز
• حافظه فلش: 2 مگابایت
• استفاده معمولی از CPU: تقریباً 20%

فضای پردازشی موجود از قابلیت‌های پیشرفته ArduPilot و PX4 پشتیبانی می‌کند، از جمله:

• یادگیری دمای IMU
• ناوبری غیر GNSS
• فیلتر کردن لرزش مبتنی بر FFT
• اسکریپت‌نویسی Lua
• درایورهای پیشرفته و لوازم جانبی
• گسترش نرم‌افزار و درایورهای آینده

CAN Bus و اترنت 100 Mbps

مدل X25 Mega اتصال CAN-bus را برای باتری‌های هوشمند، ESCها، موتورها، سیستم‌های پیشرانه و سایر تجهیزات دارای قابلیت CAN فراهم می‌کند.

سیستم تلمتری مبتنی بر CAN می‌تواند اطلاعاتی مانند:

• وضعیت باتری
• سرعت موتور
• داده‌های عملیاتی ESC
• دمای دستگاه
• وضعیت و تشخیص تجهیزات

اترنت 100 Mbps یکپارچه، اتصال با پهنای باند بالا برای کامپیوترهای همراه، دوربین‌های نوری، لینک‌های داده و تجهیزات هوش مصنوعی فراهم می‌کند. این به‌ویژه برای ناوبری بصری، ردیابی هدف، عملیات گروهی و سایر برنامه‌های کاربردی سیستم‌های بدون سرنشین که به داده‌های زیادی نیاز دارند، مفید است.

معماری قدرت با ولتاژ وسیع و جریان بالا

کنترل‌کننده از دامنه وسیع ولتاژ ورودی و ظرفیت بالای توان خروجی پشتیبانی می‌کند.

ویژگی‌های قدرت شامل:

• ورودی مستقیم کنترلر: 10–18 V
• مبدل DC-DC با توان بالا یکپارچه 5 V / 15 A
• قابلیت خروجی تنظیم شده خارجی: 5 V / 12 A
• معماری قدرت دو کاناله افزونه‌ای
• تعویض خودکار بین منابع قدرت افزونه‌ای
• حفاظت ESD یکپارچه
• حفاظت در برابر اضافه‌بار یکپارچه

طراحی ولتاژ وسیع به یکپارچه‌سازان انعطاف‌پذیری بیشتری در اتصال کامپیوترهای همراه، سیستم‌های ارتباطی، حسگرها و سایر تجهیزات با توان بالا درون‌برد می‌دهد.

پشتیبانی از سری PMU 2

پیکربندی استاندارد برای استفاده با ماژول قدرت CUAV PMU 2 Lite طراحی شده است.

قابلیت‌های PMU در تصاویر منبع نشان داده شده است:

• اندازه‌گیری ولتاژ PMU 2 Lite: تا 70 V
• اندازه‌گیری جریان PMU 2 Lite: تا 220 A
• ورودی ولتاژ اختیاری PMU 2S: تا 140 V
• اندازه‌گیری جریان اختیاری PMU 2S: تا 500 A

این سیستم را برای مولتی‌روتورهای بزرگ، UAVهای سنگین، هواپیماهای صنعتی و سایر پلتفرم‌های با ولتاژ یا جریان بالا مناسب می‌سازد.

خروجی PWM انعطاف‌پذیر

X25 Mega پشتیبانی گسترده‌ای از عملگرها ارائه می‌دهد:

• 16 خروجی PWM مستقیم از طریق رابط سروو
• تا 32 کانال خروجی PWM از طریق گسترش CAN
• سطح سیگنال PWM قابل تعویض 3.3 V و 5 V

معماری تبدیل سطح سیگنال دوطرفه به حفظ انتقال سیگنال تمیزتر در کابل‌های بلند و با بارهای خازنی یا با امپدانس بالا کمک می‌کند.این امر سازگاری با دامنه وسیعی از سرووها، ESCها، عملگرها و دستگاه‌های کنترل صنعتی را بهبود می‌بخشد.

معماری CORE مدولار

ماژول CORE قابل جدا شدن، الکترونیک کنترل اصلی را از برد حامل جدا می‌کند.

این طراحی مدولار چندین مزیت را ارائه می‌دهد:

• نگهداری و تعویض آسان‌تر
• ادغام انعطاف‌پذیر در سیستم‌های بدون سرنشین سفارشی
• پشتیبانی از بردهای حامل طراحی شده توسط کاربر
• سازگاری ساده‌تر با رابط‌های تخصصی
• بهبود توسعه محصول و انعطاف‌پذیری ادغام سیستم

پوشش محافظ همسان

PCBA با استفاده از یک فرآیند پوشش همسان خودکار که شامل تمیز کردن، خشک کردن، اعمال یکنواخت و پخت کنترل شده است، درمان می‌شود.

پوشش حفاظتی به محافظت از الکترونیک در برابر:

• رطوبت
• مه نمکی
• گرد و غبار
• زنگ زدگی
• نشت الکتریکی
• شرایط سخت عملیاتی در فضای باز

این درمان دوام را زمانی که کنترل کننده در UAVهای صنعتی، پلتفرم‌های دریایی، ربات‌های میدانی و سایر تجهیزات در معرض محیط‌های چالش‌برانگیز نصب شده است، بهبود می‌بخشد.

ویژگی‌های طراحی اضافی

X25 مگا شامل چندین ویژگی ادغام و قابلیت اطمینان است:

• ورودی برق دو کاناله اضافی
• حفاظت یکپارچه در برابر ESD و اضافه‌بار
• طراحی رابط ضد الکتریسیته ساکن
• آزمایش تولید خودکار
• شاخص وضعیت RGB تمام رنگی چندمنظوره
• ماژول CORE قابل جدا شدن
• پشتیبانی از توسعه برد حامل سفارشی
• پوشش خارجی آبی صنعتی با اشباع کم
• درمان سطحی مقاوم در برابر خراش و اثر انگشت

مشخصات رابط

مشخصات فنی

برنامه‌ها

CUAV X25 Mega برای موارد زیر مناسب است:

• هواپیماهای چند موتوره صنعتی
• پهپادهای سنگین
• هواپیماهای بال ثابت و VTOL
• پلتفرم‌های نقشه‌برداری و بررسی
• سیستم‌های بازرسی خودکار
• هواپیماهای کشاورزی و حفاظت از گیاه
• ربات‌های خودران
• وسایل نقلیه زمینی بدون سرنشین
• کشتی‌های سطحی بدون سرنشین
• هواپیماهای ناوبری بصری و مجهز به هوش مصنوعی
• سیستم‌های زنبوری و چند وسیله نقلیه
• تحقیقات و توسعه خودکارساز سفارشی

نکات مهم ادغام

• قبل از نصب، سازگاری فریمور را تأیید کنید.
• PMU مناسب را بر اساس ولتاژ سیستم و حداکثر جریان انتخاب کنید.
• به توصیه‌های CUAV در مورد جهت‌گیری نصب و شیوه‌های جداسازی لرزش توجه کنید.
• کابل‌های برق با جریان بالا و منابع نویز الکترومغناطیسی را از کابل‌های سیگنال حساس دور نگه دارید.
• عملکرد واقعی ناوبری به کالیبراسیون، تنظیمات نرم‌افزاری، نصب مکانیکی، جایگذاری آنتن، سطوح لرزش و محیط عملیاتی بستگی دارد.
• مشخصات و لوازم جانبی شامل شده باید قبل از خرید با نوع دقیق محصول انتخاب شده تأیید شود.