W dziedzinie sterowania silnikami dronów dwa popularne protokoły komunikacyjne to CAN (Controller Area Network) i PWM (modulacja szerokości impulsu). Każdy protokół ma odrębną charakterystykę, zalety i ograniczenia. Zrozumienie tych różnic jest kluczowe przy wyborze odpowiedniego systemu do różnych zastosowań, szczególnie w wymagającym środowisku dronów rolniczych.

CAN (sieć kontrolera)

CAN to solidny cyfrowy protokół komunikacyjny zaprojektowany z myślą o niezawodnej i szybkiej transmisji danych. Początkowo został opracowany dla przemysłu motoryzacyjnego, ale od tego czasu został szeroko przyjęty w różnych dziedzinach, w tym w technologii dronów.

Zasady techniczne CAN:

• Komunikacja cyfrowa: CAN wykorzystuje technikę sygnalizacji różnicowej, która polega na wysyłaniu dwóch uzupełniających się sygnałów w celu zmniejszenia szumów i poprawy niezawodności.
• Ramki danych: Dane są przesyłane w ramkach, które obejmują nie tylko ładunek danych, ale także informacje adresowe, bity kontrolne i bity wykrywania błędów.
• Obsługa błędów: CAN ma wbudowane mechanizmy wykrywania i korygowania błędów, w tym cykliczną kontrolę redundancji (CRC) i gniazda potwierdzenia.
• Multi-Master: CAN obsługuje architekturę Multi-Master, co oznacza, że ​​każdy węzeł może inicjować komunikację bez centralnego sterownika.

Zalety CAN:

1. Komunikacja cyfrowa: CAN wykorzystuje do transmisji danych sygnały cyfrowe, co pozwala na precyzyjne i niezawodne sterowanie silnikiem. Cyfrowy charakter gwarantuje, że instrukcje są jasne i mniej podatne na błędy.

2. Wysoka odporność na zakłócenia: sygnały cyfrowe CAN są wysoce odporne na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), które mają kluczowe znaczenie w środowiskach o znacznym poziomie szumu elektronicznego.

3. Wielofunkcyjna transmisja danych: CAN może nie tylko sterować przepustnicą silnika, ale także przesyłać szeroki zakres danych, w tym prędkość silnika, temperaturę, prąd i inne parametry operacyjne. Ta kompleksowa transmisja danych wspiera zaawansowane monitorowanie i diagnostykę.

4. Sterowanie w pętli zamkniętej: CAN umożliwia systemy sterowania w pętli zamkniętej. Informacje zwrotne z silnika w czasie rzeczywistym można wykorzystać do dynamicznego dostosowania parametrów sterowania, zapewniając stabilną i wydajną pracę.

5. Wykrywanie i korygowanie błędów: CAN ma wbudowane mechanizmy wykrywania i korygowania błędów, które zwiększają niezawodność komunikacji, zmniejszając ryzyko uszkodzenia danych.

6. Zmniejszona złożoność okablowania: CAN umożliwia komunikację wielu urządzeń za pośrednictwem jednej magistrali, zmniejszając złożoność i wagę okablowania, co jest korzystne w zastosowaniach dronów.

PWM (modulacja szerokości impulsu)

PWM to prostszy, analogowy protokół komunikacyjny, w którym szerokość impulsu zmienia się w celu kontrolowania prędkości i kierunku silnika. Jest szeroko stosowany ze względu na prostą implementację.

Zasady techniczne PWM:

• Sterowanie analogowe: PWM moduluje szerokość impulsów cyfrowych, aby symulować różne poziomy mocy silnika. Szerokość impulsu (cykl pracy) określa prędkość silnika.
• Częstotliwość sygnału: Sygnały PWM zazwyczaj działają ze stałą częstotliwością, a współczynnik wypełnienia jest dostosowany w celu kontrolowania napięcia i prądu wyjściowego.
• Cykl wypełnienia: Procent jednego okresu, w którym sygnał jest aktywny. Wyższy cykl pracy odpowiada wyższej mocy wyjściowej i większej prędkości silnika.

Zalety PWM:

1. Prostota: PWM jest stosunkowo prosty we wdrożeniu i zrozumieniu, co czyni go opłacalnym rozwiązaniem dla podstawowych potrzeb w zakresie sterowania silnikiem.

2. Niski koszt: Sprzęt wymagany do PWM jest generalnie tańszy w porównaniu do CAN, co czyni go atrakcyjną opcją dla zastosowań oszczędnych.

3. Szeroka kompatybilność: Większość sterowników silników obsługuje sygnały PWM, zapewniając szeroką kompatybilność i łatwość integracji.

Wady PWM:

1. Podatność na zakłócenia: Jako sygnał analogowy, PWM jest bardziej podatny na zakłócenia elektromagnetyczne, które mogą prowadzić do degradacji sygnału i zawodnego sterowania silnikiem.

2. Ograniczona funkcjonalność: PWM kontroluje przede wszystkim prędkość i kierunek silnika, ale nie obsługuje przesyłania dodatkowych danych, takich jak stan silnika lub parametry operacyjne.

3. Sterowanie w pętli otwartej: systemy PWM zazwyczaj działają w konfiguracji w pętli otwartej, bez sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym, co może skutkować mniej precyzyjnym sterowaniem i problemami ze stabilnością.

Dlaczego warto podkreślać CAN?

W nowoczesnych zastosowaniach dronów, zwłaszcza w złożonych i wymagających środowiskach, takich jak rolnictwo, nacisk na CAN zamiast PWM wynika z kilku krytycznych czynników:

1. Wysoka precyzja i niezawodność: cyfrowy charakter magistrali CAN pozwala na bardzo precyzyjne sterowanie silnikiem, kluczowe w przypadku zadań wymagających stabilnej i dokładnej wydajności.

2. Większa stabilność: Nawet w przypadku pojedynczych scenariuszy GPS bez korekcji RTK (Real-Time Kinematic), CAN może utrzymać stabilny lot. Dzieje się tak, ponieważ systemy CAN mogą integrować dane z różnych czujników (takich jak IMU, barometry i magnetometry) w celu dynamicznej regulacji sterowania silnikiem.

3. Kompleksowa obsługa danych: Zdolność magistrali CAN do obsługi kompleksowej transmisji danych zapewnia lepsze monitorowanie i diagnostykę, co prowadzi do poprawy konserwacji i wydajności operacyjnej.

4. Wytrzymałość w trudnych warunkach: Duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne sprawia, że ​​sieć CAN jest preferowanym wyborem w zastosowaniach przemysłowych i rolniczych, gdzie dominują zakłócenia.

5. Skalowalność i elastyczność: zdolność magistrali CAN do obsługi wielu urządzeń na tej samej magistrali sprawia, że ​​jest ona skalowalna i elastyczna w przypadku złożonych systemów dronów wymagających wielu czujników i kontrolerów.

Seria silników XRotor Hobbywing: najlepsze rozwiązanie dla dronów rolniczych

Seria

Hobbywing XRotor Motor stanowi przykład zalet integracji protokołów CAN i PWM dla dronów rolniczych. Silniki te, zaprojektowane specjalnie w celu zapewnienia solidnych rozwiązań zasilania, wykorzystują protokoły komunikacyjne CAN i PWM, oferując niezrównaną niezawodność i wydajność.

Integracja z dwoma protokołami:

• Zapasowy protokół CAN + PWM: Silniki XRotor obsługują zarówno protokoły CAN, jak i PWM, dzięki czemu w przypadku awarii jednego protokołu drugi może służyć jako zapasowy. To podejście oparte na dwóch protokołach znacznie zwiększa niezawodność systemu sterowania silnikiem.

Zaawansowana komunikacja CAN:

• Ulepszona komunikacja danych: Kompleksowa integracja komunikacji CAN w serii XRotor zapewnia nowy poziom komunikacji danych. Umożliwia transmisję szczegółowych danych silnika i ESC (elektronicznego regulatora prędkości), zapewniając precyzyjną kontrolę i monitorowanie.

• Cyfrowe sterowanie przepustnicą: Dzięki cyfrowej przepustnicy z obsługą magistrali CAN precyzja sterowania jest niezrównana. Pozwala to na płynną i dokładną regulację prędkości i momentu obrotowego silnika, zapewniając stabilne osiągi lotu nawet w trudnych warunkach.

Dane w czasie rzeczywistym i zdalne aktualizacje:

• Informacja zwrotna w czasie rzeczywistym: wszystkie istotne informacje, w tym dane dotyczące pracy ESC i silnika, są pobierane w czasie rzeczywistym. Ta ciągła pętla sprzężenia zwrotnego pomaga w utrzymaniu optymalnej wydajności i natychmiastowych dostosowaniach podczas lotu.

• Zdalne aktualizacje oprogramowania sprzętowego ESC: Możliwość zdalnej aktualizacji oprogramowania sprzętowego ESC za pośrednictwem magistrali CAN gwarantuje, że dron zawsze będzie mógł zostać zaktualizowany o najnowsze funkcje i ulepszenia bez konieczności fizycznego dostępu do drona, co zwiększa wydajność operacyjną.

Kompleksowa integracja kontrolera lotu:

• Bezproblemowa integracja: Silniki XRotor są kompatybilne z różnymi popularnymi kontrolerami lotu, takimi jak APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei i Jimu. Ta szeroka kompatybilność zapewnia, że ​​serię XRotor można bezproblemowo zintegrować z różnymi systemami dronów.

 

Akcesoria do dronów obsługujące protokół CAN

Oto kilka wysokiej jakości akcesoriów do dronów, które obsługują protokół CAN, zwiększając wydajność i niezawodność dronów rolniczych:

1. CUAV Nowy PIX CAN PMU: Ten wysoce precyzyjny moduł zarządzania mocą do wykrywania napięcia i prądu jest przeznaczony dla UAV, zapewniając dokładne zarządzanie energią i zwiększając ogólną wydajność operacji dronów .

2. Nowa płytka nośna CAN PDB CUAV: Ta płytka nośna jest kompatybilna ze sterownikami lotu Pixhawk, Pixhack i Px4, zapewniając niezawodną dystrybucję mocy i bezproblemową integrację z helikopterami zdalnie sterowanymi.

3. HolyBro CAN Hub 2-12S Zasilany moduł rozszerzenia portu CAN: Moduł ten, opracowany dla różnych kontrolerów lotu, umożliwia rozbudowę portów CAN, ułatwiając podłączenie wielu urządzeń i poprawę efektywności komunikacji.

4. CUAV Nowy NEO 3X GPS: Ten moduł GPS wyposażony w protokoły Ublox M9N GNSS i DroneCAN zapewnia precyzyjne pozycjonowanie i niezawodną nawigację dla dronów.

5. Płytka nośna modułu zasilania CUAV CAN PDB i autopilot kontrolera lotu Pixhawk X7+ Pro Core: Ten kompleksowy pakiet obejmuje tablicę rozdzielczą mocy i wydajny kontroler lotu, zapewniający niezawodne sterowanie i zarządzanie energią w zaawansowanych zastosowaniach dronów.

6. CUAV Can PMU: Cyfrowy moduł wykrywania mocy o wysokiej precyzji, przeznaczony do zarządzania energią UAV, zapewniający dokładne monitorowanie i efektywne wykorzystanie energii.

7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Kontroler lotu NEO 3 Pro GPS i moduł zasilania CAN PMU Combo: Ten pakiet combo zawiera kontroler lotu, moduł GPS i moduł zarządzania energią, dostarczając kompletne rozwiązanie do sterowania i nawigacji dronami.

8. Moduł koncentratora CAN JIYI do kontrolera lotu K++ V2: Obsługujący wejście zasilania 6-14S i wyjście 12V, ten moduł koncentratora CAN jest przeznaczony dla dronów rolniczych, oferując niezawodną dystrybucję mocy i ulepszona komunikacja.

9. CUAV MS5525 SKYE Czujnik prędkości : Ten czujnik ma konstrukcję odporną na deszcz, inteligentne odladzanie i podwójny system kontroli temperatury, zapewniający dokładne pomiary prędkości lotu do 500 km/h przy użyciu magistrali CAN protokół.

Te akcesoria, dzięki zaawansowanej obsłudze protokołu CAN, zapewniają precyzyjne sterowanie, niezawodną komunikację i efektywne zarządzanie energią, znacznie zwiększając wydajność i niezawodność dronów rolniczych.

 

Wniosek

Chociaż zarówno CAN, jak i PWM mają swoje miejsce w sterowaniu silnikami dronów, integracja obu protokołów w serii silników XRotor firmy Hobbywing wyznacza nowy standard niezawodności, precyzji i zaawansowanej funkcjonalności. Solidne, precyzyjne sterowanie protokołem CAN i wszechstronne możliwości obsługi danych w połączeniu z prostotą PWM i szeroką kompatybilnością zapewniają wszechstronne i niezawodne rozwiązanie. To podejście oparte na dwóch protokołach gwarantuje, że drony rolnicze wyposażone w silniki XRotor mogą osiągnąć stabilną, wydajną i precyzyjną pracę, spełniając rygorystyczne wymagania nowoczesnych zastosowań rolniczych.