Nel campo del controllo dei motori dei droni, due protocolli di comunicazione prevalenti sono CAN (Controller Area Network) e PWM (Pulse Wide Modulation). Ciascun protocollo presenta caratteristiche, vantaggi e limitazioni distinti. Comprendere queste differenze è fondamentale per selezionare il sistema appropriato per varie applicazioni, in particolare nell’ambiente esigente dei droni agricoli.

CAN (Controller Area Network)

CAN è un robusto protocollo di comunicazione digitale progettato per una trasmissione dati affidabile e ad alta velocità. Inizialmente è stato sviluppato per l’industria automobilistica, ma da allora è stato ampiamente adottato in vari campi, inclusa la tecnologia dei droni.

Principi tecnici del CAN:

• Comunicazione digitale: CAN utilizza una tecnica di segnalazione differenziale, che prevede l'invio di due segnali complementari per ridurre il rumore e migliorare l'affidabilità.
• Frame di dati: i dati vengono trasmessi in frame, che includono non solo il carico utile dei dati ma anche informazioni di indirizzamento, bit di controllo e bit di rilevamento degli errori.
• Gestione degli errori: CAN dispone di meccanismi integrati per il rilevamento e la correzione degli errori, inclusi controlli di ridondanza ciclica (CRC) e slot di riconoscimento.
• Multi-Master: CAN supporta un'architettura multi-master, il che significa che qualsiasi nodo può avviare la comunicazione senza un controller centrale.

Vantaggi del CAN:

1. Comunicazione digitale: CAN utilizza segnali digitali per la trasmissione dei dati, che consentono un controllo preciso e affidabile del motore. Questa natura digitale garantisce che le istruzioni siano chiare e meno soggette a errori.

2. Elevata resistenza alle interferenze: i segnali digitali CAN sono altamente resistenti alle interferenze elettromagnetiche (EMI), che è fondamentale in ambienti con rumore elettronico significativo.

3. Trasmissione dati multifunzionale: oltre al semplice controllo dell'acceleratore del motore, CAN può trasmettere un'ampia gamma di dati, tra cui velocità del motore, temperatura, corrente e altri parametri operativi. Questa trasmissione dati completa supporta il monitoraggio e la diagnostica avanzati.

4. Controllo a circuito chiuso: CAN abilita i sistemi di controllo a circuito chiuso. Il feedback in tempo reale del motore può essere utilizzato per regolare dinamicamente i parametri di controllo, garantendo un funzionamento stabile ed efficiente.

5. Rilevamento e correzione degli errori: CAN dispone di meccanismi integrati di rilevamento e correzione degli errori, che migliorano l'affidabilità della comunicazione, riducendo le possibilità di corruzione dei dati.

6. Ridotta complessità del cablaggio: CAN consente a più dispositivi di comunicare su un singolo bus, riducendo la complessità e il peso del cablaggio, il che è vantaggioso nelle applicazioni con droni.

PWM (Modulazione della larghezza dell'impulso)

PWM è un protocollo di comunicazione più semplice, basato su analogico, in cui la larghezza di un impulso viene variata per controllare la velocità e la direzione del motore. È ampiamente utilizzato grazie alla sua semplice implementazione.

Principi tecnici del PWM:

• Controllo analogico: PWM modula la larghezza degli impulsi digitali per simulare diversi livelli di potenza al motore. La larghezza dell’impulso (ciclo di lavoro) determina la velocità del motore.
• Frequenza del segnale: i segnali PWM tipicamente funzionano a una frequenza fissa, con il ciclo di lavoro regolato per controllare la tensione e la corrente di uscita.
• Duty Cycle: La percentuale di un periodo in cui il segnale è attivo. Un ciclo di lavoro più elevato corrisponde a una maggiore potenza erogata e a una maggiore velocità del motore.

Vantaggi del PWM:

1. Semplicità: PWM è relativamente semplice da implementare e comprendere, il che lo rende una soluzione economicamente vantaggiosa per le esigenze di controllo del motore di base.

2. Basso costo: l'hardware richiesto per PWM è generalmente meno costoso rispetto a CAN, rendendolo un'opzione interessante per applicazioni attente al budget.

3. Ampia compatibilità: la maggior parte dei controller motore supporta i segnali PWM, garantendo un'ampia compatibilità e facilità di integrazione.

Svantaggi del PWM:

1. Suscettibilità alle interferenze: essendo un segnale analogico, il PWM è più suscettibile alle interferenze elettromagnetiche, che possono portare al degrado del segnale e al controllo inaffidabile del motore.

2. Funzionalità limitata: PWM controlla principalmente la velocità e la direzione del motore ma non supporta la trasmissione di dati aggiuntivi come lo stato del motore o i parametri operativi.

3. Controllo ad anello aperto: i sistemi PWM tipicamente funzionano in una configurazione ad anello aperto, priva di feedback in tempo reale, il che può comportare problemi di controllo e stabilità meno precisi.

Perché enfatizzare CAN?

Nelle moderne applicazioni dei droni, soprattutto in ambienti complessi ed esigenti come l'agricoltura, l'enfasi sul CAN rispetto al PWM è dovuta a diversi fattori critici:

1. Alta precisione e affidabilità: la natura digitale del CAN consente un controllo del motore ad alta precisione, fondamentale per le attività che richiedono prestazioni stabili e precise.

2. Stabilità migliorata: anche in singoli scenari GPS senza correzioni RTK (Real-Time Kinematic), CAN può mantenere un volo stabile. Questo perché i sistemi CAN possono integrare i dati provenienti da vari sensori (come IMU, barometri e magnetometri) per regolare dinamicamente il controllo del motore.

3. Gestione completa dei dati: la capacità del CAN di gestire una trasmissione completa dei dati garantisce un monitoraggio e una diagnostica migliori, con conseguente miglioramento della manutenzione e dell'efficienza operativa.

4. Robustezza in ambienti difficili: la forte resistenza alle EMI rende CAN la scelta preferita in ambienti industriali e agricoli in cui le interferenze sono prevalenti.

5. Scalabilità e flessibilità: la capacità di CAN di supportare più dispositivi sullo stesso bus lo rende scalabile e flessibile per sistemi di droni complessi che richiedono numerosi sensori e controller.

Serie di motori Hobbywing XRotor: la soluzione definitiva per i droni agricoli

La serie

Hobbywing XRotor Motor esemplifica i vantaggi dell'integrazione dei protocolli CAN e PWM per i droni agricoli. Progettati specificatamente per fornire soluzioni di alimentazione robuste, questi motori incorporano protocolli di comunicazione CAN e PWM, offrendo affidabilità e prestazioni senza precedenti.

Integrazione doppio protocollo:

• Backup CAN + PWM: i motori XRotor supportano entrambi i protocolli CAN e PWM, garantendo che se un protocollo fallisce, l'altro può fungere da backup. Questo approccio a doppio protocollo migliora significativamente l’affidabilità del sistema di controllo del motore.

Comunicazione CAN avanzata:

• Comunicazione dati migliorata: l'integrazione completa della comunicazione CAN nella serie XRotor offre un nuovo livello di esperienza di comunicazione dati. Consente la trasmissione di dati dettagliati del motore e dell'ESC (regolatore elettronico di velocità), garantendo un controllo e un monitoraggio precisi.

• Controllo digitale dell'acceleratore: con l'acceleratore digitale abilitato CAN, la precisione del controllo non ha eguali. Ciò consente regolazioni fluide e precise della velocità e della coppia del motore, garantendo prestazioni di volo stabili anche in condizioni difficili.

Dati in tempo reale e aggiornamenti remoti:

• Feedback in tempo reale: tutte le informazioni vitali, inclusi i dati di funzionamento dell'ESC e del motore, vengono recuperate in tempo reale. Questo ciclo di feedback continuo aiuta a mantenere prestazioni ottimali e regolazioni immediate durante il volo.

• Aggiornamenti firmware ESC remoti: la possibilità di aggiornare in remoto il firmware ESC tramite CAN garantisce che il drone possa sempre essere aggiornato con le funzionalità e i miglioramenti più recenti senza bisogno dell'accesso fisico al drone, migliorando così l'efficienza operativa.

Integrazione completa del controllore di volo:

• Integrazione perfetta: i motori XRotor sono compatibili con vari controller di volo tradizionali, come APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei e Jimu. Questa ampia compatibilità garantisce che la serie XRotor possa essere perfettamente integrata in diversi sistemi di droni.

 

Accessori per droni supportati dal protocollo CAN

Ecco alcuni accessori per droni di alta qualità che supportano il protocollo CAN, migliorando le prestazioni e l'affidabilità dei droni agricoli:

1. CUAV Nuovo PIX CAN PMU: questo modulo di gestione dell'alimentazione con rilevamento di tensione e corrente ad alta precisione è progettato per gli UAV, fornendo una gestione accurata dell'alimentazione e migliorando l'efficienza complessiva delle operazioni dei droni .

2. Nuova scheda portante CAN PDB CUAV: questa scheda portante è compatibile con i controller di volo Pixhawk, Pixhack e Px4, offrendo una distribuzione affidabile della potenza e un'integrazione perfetta per gli elicotteri droni RC.

3. Modulo di espansione porta CAN alimentato HolyBro CAN Hub 2-12S: sviluppato per vari controllori di volo, questo modulo consente l'espansione delle porte CAN, facilitando la connessione di più dispositivi e migliorare l’efficienza della comunicazione.

4. CUAV Nuovo NEO 3X GPS: dotato del protocollo Ublox M9N GNSS e DroneCAN, questo modulo GPS fornisce un posizionamento preciso e una navigazione affidabile per i droni.

5. Scheda portante del modulo di alimentazione CUAV CAN PDB e pilota automatico del controller di volo Pixhawk X7+ Pro Core: questo pacchetto completo include una scheda di distribuzione dell'alimentazione e un controller di volo ad alte prestazioni, garantendo un controllo affidabile e gestione energetica per applicazioni avanzate di droni.

6. CUAV Can PMU: un modulo di rilevamento della potenza digitale ad alta precisione progettato per la gestione della potenza degli UAV, garantendo un monitoraggio accurato e un utilizzo efficiente dell'energia.

7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Flight Controller NEO 3 Pro Combo modulo di alimentazione GPS e CAN PMU: questo pacchetto combinato include un controller di volo, un modulo GPS e un'unità di gestione dell'alimentazione, fornendo una soluzione completa per il controllo e la navigazione dei droni.

8. Modulo JIYI CAN HUB per controllore di volo K++ V2: Supportando ingresso di alimentazione 6-14S e uscita 12V, questo modulo hub CAN è progettato per droni agricoli, offrendo una distribuzione affidabile dell'energia e comunicazione potenziata.

9. Sensore di velocità dell'aria CUAV MS5525 SKYE: questo sensore è dotato di una struttura resistente alla pioggia, antighiaccio intelligente e sistema di controllo della doppia temperatura, fornendo misurazioni accurate della velocità dell'aria fino a 500 km/h utilizzando la CAN protocollo.

Questi accessori, con il supporto avanzato del protocollo CAN, garantiscono un controllo preciso, una comunicazione robusta e una gestione efficiente della potenza, migliorando significativamente le prestazioni e l'affidabilità dei droni agricoli.

 

Conclusione

Sebbene sia CAN che PWM abbiano il loro posto nel controllo dei motori dei droni, l'integrazione di entrambi i protocolli nella serie XRotor Motor di Hobbywing stabilisce un nuovo standard di affidabilità, precisione e funzionalità avanzate. Il controllo robusto e ad alta precisione del protocollo CAN e le funzionalità complete di gestione dei dati, combinate con la semplicità e l'ampia compatibilità del PWM, forniscono una soluzione versatile e affidabile. Questo approccio a doppio protocollo garantisce che i droni agricoli dotati di motori XRotor possano ottenere prestazioni stabili, efficienti e precise, soddisfacendo le rigorose esigenze delle moderne applicazioni agricole.