Op het gebied van drone-motorbesturing zijn twee gangbare communicatieprotocollen CAN (Controller Area Network) en PWM (Pulse width modulation). Elk protocol heeft verschillende kenmerken, voordelen en beperkingen. Het begrijpen van deze verschillen is cruciaal voor het selecteren van het juiste systeem voor verschillende toepassingen, vooral in de veeleisende omgeving van landbouwdrones.

CAN (Controller Area Network)

CAN is een robuust digitaal communicatieprotocol dat is ontworpen voor betrouwbare, snelle gegevensoverdracht. Het werd in eerste instantie ontwikkeld voor de auto-industrie, maar wordt inmiddels breed toegepast op verschillende terreinen, waaronder dronetechnologie.

Technische principes van CAN:

• Digitale communicatie: CAN maakt gebruik van een differentiële signaleringstechniek, waarbij twee complementaire signalen worden verzonden om ruis te verminderen en de betrouwbaarheid te verbeteren.
• Dataframes: gegevens worden verzonden in frames, die niet alleen de datalading bevatten, maar ook adresinformatie, besturingsbits en foutdetectiebits.
• Foutafhandeling: CAN heeft ingebouwde mechanismen voor foutdetectie en -correctie, inclusief cyclische redundantiecontroles (CRC) en bevestigingsslots.
• Multi-Master: CAN ondersteunt een multi-master-architectuur, wat betekent dat elk knooppunt de communicatie kan initiëren zonder een centrale controller.

Voordelen van KAN:

1. Digitale communicatie: CAN gebruikt digitale signalen voor datatransmissie, wat een nauwkeurige en betrouwbare controle van de motor mogelijk maakt. Dit digitale karakter zorgt ervoor dat de instructies duidelijk zijn en minder foutgevoelig.

2. Hoge interferentieweerstand: CAN's digitale signalen zijn zeer goed bestand tegen elektromagnetische interferentie (EMI), wat van cruciaal belang is in omgevingen met aanzienlijke elektronische ruis.

3. Multifunctionele gegevensoverdracht: Naast het regelen van de gasklep van de motor, kan CAN een breed scala aan gegevens verzenden, waaronder motorsnelheid, temperatuur, stroom en andere operationele parameters. Deze uitgebreide gegevensoverdracht ondersteunt geavanceerde monitoring en diagnostiek.

4. Closed-Loop Control: CAN maakt closed-loop besturingssystemen mogelijk. Realtime feedback van de motor kan worden gebruikt om de regelparameters dynamisch aan te passen, waardoor een stabiele en efficiënte werking wordt gegarandeerd.

5. Foutdetectie en -correctie: CAN heeft ingebouwde foutdetectie- en correctiemechanismen, die de betrouwbaarheid van de communicatie vergroten en de kans op gegevenscorruptie verkleinen.

6. Gereduceerde bedradingscomplexiteit: CAN zorgt ervoor dat meerdere apparaten via één bus kunnen communiceren, waardoor de complexiteit en het gewicht van de bedrading worden verminderd, wat voordelig is bij drone-toepassingen.

PWM (pulsbreedtemodulatie)

PWM is een eenvoudiger, op analoog gebaseerd communicatieprotocol waarbij de breedte van een puls wordt gevarieerd om de snelheid en richting van de motor te regelen. Het wordt veel gebruikt vanwege de eenvoudige implementatie.

Technische principes van PWM:

• Analoge besturing: PWM moduleert de breedte van digitale pulsen om verschillende niveaus van vermogen naar de motor te simuleren. De breedte van de puls (dutycycle) bepaalt de snelheid van de motor.
• Signaalfrequentie: PWM-signalen werken doorgaans op een vaste frequentie, waarbij de duty-cycle wordt aangepast om de uitgangsspanning en -stroom te regelen.
• Duty Cycle: Het percentage van één periode waarin het signaal actief is. Een hogere inschakelduur komt overeen met een hoger vermogen en een hoger motortoerental.

Voordelen van PWM:

1. Eenvoud: PWM is relatief eenvoudig te implementeren en te begrijpen, waardoor het een kosteneffectieve oplossing is voor basisbehoeften op het gebied van motorbesturing.

2. Lage kosten: de hardware die nodig is voor PWM is over het algemeen goedkoper in vergelijking met CAN, waardoor het een aantrekkelijke optie is voor prijsbewuste toepassingen.

3. Brede compatibiliteit: De meeste motorcontrollers ondersteunen PWM-signalen, waardoor een brede compatibiliteit en gemakkelijke integratie worden gegarandeerd.

Nadelen van PWM:

1. Gevoeligheid voor interferentie: als analoog signaal is PWM gevoeliger voor elektromagnetische interferentie, wat kan leiden tot signaalverslechtering en onbetrouwbare motorbesturing.

2. Beperkte functionaliteit: PWM regelt voornamelijk de snelheid en richting van de motor, maar ondersteunt niet de overdracht van aanvullende gegevens zoals motorstatus of operationele parameters.

3. Open-loop-besturing: PWM-systemen werken doorgaans in een open-loop-configuratie, waarbij realtime feedback ontbreekt, wat kan resulteren in minder nauwkeurige besturing en stabiliteitsproblemen.

Waarom KAN benadrukken?

In moderne drone-toepassingen, vooral in complexe en veeleisende omgevingen zoals de landbouw, is de nadruk op CAN boven PWM te wijten aan verschillende kritische factoren:

1. Hoge precisie en betrouwbaarheid: Het digitale karakter van CAN zorgt voor uiterst nauwkeurige motorbesturing, cruciaal voor taken die stabiele en nauwkeurige prestaties vereisen.

2. Verbeterde stabiliteit: Zelfs in enkele GPS-scenario's zonder RTK-correcties (Real-Time Kinematic) kan CAN een stabiele vlucht handhaven. Dit komt omdat CAN-systemen gegevens van verschillende sensoren (zoals IMU, barometers en magnetometers) kunnen integreren om de motorbesturing dynamisch aan te passen.

3. Uitgebreide gegevensverwerking: Het vermogen van CAN om uitgebreide gegevensoverdracht af te handelen, zorgt voor betere monitoring en diagnostiek, wat leidt tot verbeterd onderhoud en operationele efficiëntie.

4. Robuustheid in ruwe omgevingen: De sterke weerstand tegen EMI maakt CAN de voorkeurskeuze in industriële en agrarische omgevingen waar interferentie veel voorkomt.

5. Schaalbaarheid en flexibiliteit: het vermogen van CAN om meerdere apparaten op dezelfde bus te ondersteunen, maakt het schaalbaar en flexibel voor complexe dronesystemen die talloze sensoren en controllers vereisen.

Hobbywing XRotor Motor Series: de ultieme oplossing voor landbouwdrones

De

Hobbywing XRotor Motor-serie illustreert de voordelen van de integratie van CAN- en PWM-protocollen voor landbouwdrones. Deze motoren zijn speciaal ontworpen om robuuste voedingsoplossingen te bieden en bevatten zowel CAN- als PWM-communicatieprotocollen, wat ongeëvenaarde betrouwbaarheid en prestaties biedt.

Dual Protocol-integratie:

• CAN + PWM Backup: De XRotor-motoren ondersteunen zowel CAN- als PWM-protocollen, zodat als het ene protocol faalt, het andere als back-up kan dienen. Deze benadering met twee protocollen verbetert de betrouwbaarheid van het motorbesturingssysteem aanzienlijk.

Geavanceerde CAN-communicatie:

• Verbeterde datacommunicatie: De uitgebreide integratie van CAN-communicatie in de XRotor-serie brengt een nieuw niveau van datacommunicatie-ervaring. Het maakt de overdracht van gedetailleerde motor- en ESC-gegevens (Electronic Speed ​​Controller) mogelijk, waardoor nauwkeurige controle en monitoring wordt gegarandeerd.

• Digitale gasbediening: Met CAN-compatibele digitale gasbediening is de bedieningsprecisie ongeëvenaard. Dit zorgt voor soepele en nauwkeurige aanpassingen aan het motortoerental en koppel, waardoor stabiele vliegprestaties worden gegarandeerd, zelfs onder uitdagende omstandigheden.

Realtime gegevens en upgrades op afstand:

• Realtime feedback: alle essentiële informatie, inclusief ESC- en motorwerkgegevens, wordt in realtime opgehaald. Deze continue feedbacklus helpt bij het behouden van optimale prestaties en onmiddellijke aanpassingen tijdens de vlucht.

• ESC-firmware-upgrades op afstand: De mogelijkheid om de ESC-firmware op afstand te upgraden via CAN zorgt ervoor dat de drone altijd kan worden bijgewerkt met de nieuwste functies en verbeteringen zonder dat fysieke toegang tot de drone nodig is, waardoor de operationele efficiëntie wordt verbeterd.

Uitgebreide integratie van vluchtcontrollers:

• Naadloze integratie: De XRotor-motoren zijn compatibel met verschillende reguliere vluchtcontrollers, zoals APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei en Jimu. Deze brede compatibiliteit zorgt ervoor dat de XRotor-serie naadloos kan worden geïntegreerd in diverse dronesystemen.

 

CAN-protocol ondersteunde drone-accessoires

Hier zijn enkele hoogwaardige drone-accessoires die het CAN-protocol ondersteunen, waardoor de prestaties en betrouwbaarheid van landbouwdrones worden verbeterd:

1. CUAV Nieuwe PIX CAN PMU: Deze zeer nauwkeurige spanning- en stroomdetectie-energiebeheereenheidmodule is ontworpen voor UAV's en biedt nauwkeurig energiebeheer en verbetert de algehele efficiëntie van drone-operaties .

2. CUAV Nieuw CAN PDB Carrier Board: Dit carrierboard is compatibel met Pixhawk-, Pixhack- en Px4-vluchtcontrollers en biedt betrouwbare stroomverdeling en naadloze integratie voor RC-dronehelikopters.

3. HolyBro CAN Hub 2-12S aangedreven CAN-poortuitbreidingsmodule: Deze module is ontwikkeld voor verschillende vluchtcontrollers en maakt de uitbreiding van CAN-poorten mogelijk, waardoor de verbinding van meerdere apparaten wordt vergemakkelijkt en het verbeteren van de communicatie-efficiëntie.

4. CUAV Nieuwe NEO 3X GPS: Met het Ublox M9N GNSS- en DroneCAN-protocol biedt deze GPS-module nauwkeurige positionering en betrouwbare navigatie voor drones.

5. CUAV CAN PDB Power Module Carrier Board en X7+ Pro Core Pixhawk Flight Controller Autopilot: Dit uitgebreide pakket bevat een stroomverdeelbord en een krachtige vluchtcontroller, die voor een robuuste bediening zorgen en energiebeheer voor geavanceerde drone-toepassingen.

6. CUAV Can PMU: Een digitale uiterst nauwkeurige stroomdetectiemodule ontworpen voor UAV-energiebeheer, die nauwkeurige monitoring en efficiënt stroomverbruik garandeert.

7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Flight Controller NEO 3 Pro GPS en CAN PMU Power Module Combo: Dit combopakket bevat een vluchtcontroller, GPS-module en energiebeheereenheid, het bieden van een complete oplossing voor drone-besturing en navigatie.

8. JIYI CAN HUB-module voor K++ V2 Flight Controller: Deze CAN-hubmodule ondersteunt 6-14S stroominvoer en 12V-uitvoer en is ontworpen voor landbouwdrones en biedt betrouwbare stroomverdeling en verbeterde communicatie.

9. CUAV MS5525 SKYE luchtsnelheidssensor: deze sensor heeft een regendichte structuur, intelligente ontdooiing en een dubbel temperatuurcontrolesysteem, waardoor nauwkeurige luchtsnelheidsmetingen tot 500 km/u mogelijk zijn met behulp van CAN protocol.

Deze accessoires, met hun geavanceerde CAN-protocolondersteuning, zorgen voor nauwkeurige bediening, robuuste communicatie en efficiënt energiebeheer, waardoor de prestaties en betrouwbaarheid van landbouwdrones aanzienlijk worden verbeterd.

 

Conclusie

Hoewel zowel CAN als PWM hun plaats hebben in de drone-motorbesturing, zet de integratie van beide protocollen in de XRotor Motor-serie van Hobbywing een nieuwe standaard voor betrouwbaarheid, precisie en geavanceerde functionaliteit. De robuuste, uiterst nauwkeurige besturing en uitgebreide mogelijkheden voor gegevensverwerking van het CAN-protocol, gecombineerd met de eenvoud en brede compatibiliteit van PWM, zorgen voor een veelzijdige en betrouwbare oplossing. Deze aanpak met twee protocollen zorgt ervoor dat landbouwdrones die zijn uitgerust met XRotor-motoren stabiele, efficiënte en nauwkeurige prestaties kunnen leveren en voldoen aan de strenge eisen van moderne landbouwtoepassingen.