Differences Between CAN and PWM in Drone Motor Control Protocols

Różnice między CAN i PWM w protokołach sterowania silnikiem drona

W dziedzinie sterowania silnikami dronów, dwa powszechne protokoły komunikacyjne to CAN (Controller Area Network) i PWM (Pulse Width Modulation). Każdy protokół ma odrębne cechy, zalety i ograniczenia. Zrozumienie tych różnic jest kluczowe dla wyboru odpowiedniego systemu do różnych zastosowań, szczególnie w wymagającym środowisku dronów rolniczych.

CAN (sieć kontrolerów)

MÓC jest solidnym cyfrowym protokołem komunikacyjnym zaprojektowanym do niezawodnej, 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 redukcji szumów i zwiększenia niezawodności.
  • Ramki danychDane są przesyłane w ramkach, które zawierają nie tylko dane użyteczne, ale także informacje adresowe, bity sterujące i bity wykrywania błędów.
  • Obsługa błędów:Sieć CAN ma wbudowane mechanizmy wykrywania i korygowania błędów, w tym cykliczne kontrole nadmiarowe (CRC) i sloty potwierdzeń.
  • Multi-Master:CAN obsługuje architekturę multi-master, co oznacza, że ​​dowolny węzeł może inicjować komunikację bez centralnego kontrolera.

Zalety CAN:

  1. Komunikacja cyfrowa: CAN wykorzystuje sygnały cyfrowe do transmisji danych, co umożliwia precyzyjne i niezawodne sterowanie silnikiem. Ta cyfrowa natura zapewnia, że ​​instrukcje są jasne i mniej podatne na błędy.

  2. Wysoka odporność na zakłócenia:Sygnały cyfrowe CAN są w dużym stopniu odporne na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), co ma szczególne znaczenie w środowiskach o znacznym poziomie szumu elektronicznego.

  3. Wielofunkcyjna transmisja danych: Oprócz sterowania przepustnicą silnika, CAN może przesyłać szeroki zakres danych, w tym prędkość silnika, temperaturę, prąd i inne parametry operacyjne. Ta kompleksowa transmisja danych obsługuje zaawansowane monitorowanie i diagnostykę.

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

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

  6. Zmniejszona złożoność okablowania:CAN umożliwia komunikację wielu urządzeń za pośrednictwem jednej magistrali, redukując złożoność i wagę okablowania, co jest zaletą w zastosowaniach związanych z dronami.

PWM (modulacja szerokości impulsu)

PWM jest prostszym, analogowym protokołem komunikacyjnym, w którym szerokość impulsu jest zmieniana 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 zwykle działają przy stałej częstotliwości, a współczynnik wypełnienia jest dostosowywany w celu kontrolowania napięcia i prądu wyjściowego.
  • Cykl pracy: Procent jednego okresu, w którym sygnał jest aktywny. Wyższy współczynnik wypełnienia odpowiada wyższej mocy wyjściowej i większej prędkości silnika.

Zalety PWM:

  1. Prostota:Technologia PWM jest stosunkowo prosta do wdrożenia i zrozumienia, co czyni ją ekonomicznym rozwiązaniem zaspokajającym podstawowe potrzeby sterowania silnikiem.

  2. Niski kosztSprzęt wymagany do obsługi PWM jest generalnie tańszy w porównaniu z CAN, co czyni go atrakcyjną opcją dla zastosowań, w których liczy się budżet.

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

Wady PWM:

  1. Podatność na zakłócenia:Jako sygnał analogowy, PWM jest bardziej podatny na zakłócenia elektromagnetyczne, co może prowadzić do degradacji sygnału i zawodności sterowania silnikiem.

  2. Ograniczona funkcjonalność:Technologia PWM steruje przede wszystkim prędkością i kierunkiem obrotów silnika, ale nie obsługuje przesyłania dodatkowych danych, takich jak stan silnika lub parametry robocze.

  3. Sterowanie w pętli otwartej:Systemy PWM zwykle działają w konfiguracji pętli otwartej, bez sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym, co może skutkować mniej precyzyjną kontrolą i problemami ze stabilnością.

Dlaczego kładziemy nacisk na CAN?

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

  1. Wysoka precyzja i niezawodnośćCyfrowa natura magistrali CAN umożliwia precyzyjne sterowanie silnikiem, co ma kluczowe znaczenie w przypadku zadań wymagających stabilnej i dokładnej pracy.

  2. Zwiększona stabilność: Nawet w scenariuszach pojedynczego GPS bez poprawek 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), aby dynamicznie regulować sterowanie silnikiem.

  3. Kompleksowe przetwarzanie danych:Zdolność magistrali CAN do obsługi kompleksowej transmisji danych zapewnia lepszy monitoring i diagnostykę, co przekłada się na poprawę konserwacji i wydajności operacyjnej.

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

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

Seria silników Hobbywing XRotor: najlepsze rozwiązanie dla dronów rolniczych

Silnik Hobbywing XRotor seria jest przykładem zalet integracji protokołów CAN i PWM dla dronów rolniczych. Silniki te zostały specjalnie zaprojektowane, aby zapewnić solidne rozwiązania zasilania, zawierają protokoły komunikacyjne CAN i PWM, oferując niezrównaną niezawodność i wydajność.

Integracja dwóch protokołów:

  • CAN + kopia zapasowa PWM:Silniki XRotor obsługują protokoły CAN i PWM, zapewniając, że jeśli jeden protokół zawiedzie, drugi może służyć jako kopia zapasowa. To dwuprotokołowe podejście znacznie zwiększa niezawodność systemu sterowania silnikiem.

Zaawansowana komunikacja CAN:

  • Ulepszona komunikacja danych:Kompleksowa integracja komunikacji CAN w serii XRotor zapewnia nowy poziom doświadczenia w zakresie komunikacji danych. Umożliwia transmisję szczegółowych danych silnika i ESC (Electronic Speed ​​Controller), zapewniając precyzyjną kontrolę i monitorowanie.

  • Cyfrowa kontrola przepustnicy: Dzięki cyfrowej przepustnicy z obsługą CAN precyzja sterowania jest niezrównana. Pozwala to na płynne i dokładne regulacje prędkości i momentu obrotowego silnika, zapewniając stabilną wydajność lotu nawet w trudnych warunkach.

Dane w czasie rzeczywistym i zdalne aktualizacje:

  • Opinie 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 korekt podczas lotu.

  • Zdalne uaktualnianie oprogramowania układowego ESC:Możliwość zdalnej aktualizacji oprogramowania układowego ESC przez magistralę CAN gwarantuje, że dron zawsze może 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 ​​seria XRotor może być bezproblemowo zintegrowana 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 niezwykle precyzyjny moduł jednostki zarządzania energią, wykrywający napięcie i prąd, został zaprojektowany dla bezzałogowych statków powietrznych (UAV), zapewniając dokładne zarządzanie energią i zwiększając ogólną wydajność operacji dronów.

  2. CUAV Nowa płyta nośna CAN PDB:Ta płyta nośna jest kompatybilna z kontrolerami lotu Pixhawk, Pixhack i Px4, zapewniając niezawodną dystrybucję mocy i bezproblemową integrację z dronami RC.

  3. HolyBro CAN Hub 2-12S Zasilany moduł rozszerzający port CAN:Moduł ten, opracowany dla różnych kontrolerów lotu, umożliwia rozbudowę portów CAN, ułatwiając podłączenie wielu urządzeń i zwiększając wydajność komunikacji.

  4. CUAV Nowy NEO 3X GPS:Dzięki obsłudze protokołu Ublox M9N GNSS i DroneCAN ten moduł GPS zapewnia precyzyjne pozycjonowanie i niezawodną nawigację dla dronów.

  5. Moduł zasilania CUAV CAN PDB Płyta nośna i kontroler lotu X7+ Pro Core Pixhawk Autopilot:Ten kompleksowy pakiet obejmuje płytkę rozdzielczą zasilania i wydajny kontroler lotu, zapewniając solidną kontrolę i zarządzanie energią w zaawansowanych zastosowaniach dronów.

  6. CUAV może PMU:Cyfrowy, wysoce precyzyjny moduł pomiaru zużycia energii przeznaczony do zarządzania energią bezzałogowych statków powietrznych (UAV), zapewniający dokładny monitoring i efektywne wykorzystanie energii.

  7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Flight Controller NEO 3 Pro GPS i moduł zasilania CAN PMU Combo:Ten pakiet zawiera kontroler lotu, moduł GPS i jednostkę zarządzania energią, zapewniając kompletne rozwiązanie do sterowania i nawigacji dronem.

  8. Moduł JIYI CAN HUB dla kontrolera lotu K++ V2:Obsługując wejście zasilania 6-14S i wyjście 12 V, ten moduł koncentratora CAN jest przeznaczony do dronów rolniczych. Zapewnia niezawodną dystrybucję zasilania i ulepszoną komunikację.

  9. Czujnik prędkości powietrza CUAV MS5525 SKYE:Ten czujnik charakteryzuje się deszczoodporną konstrukcją, inteligentnym systemem usuwania lodu i podwójnym systemem kontroli temperatury. Zapewnia on dokładne pomiary prędkości lotu do 500 km/h za pomocą protokołu CAN.

Akcesoria te, dzięki obsłudze zaawansowanego protokołu CAN, zapewniają precyzyjną kontrolę, niezawodną komunikację i efektywne zarządzanie energią, znacznie zwiększając wydajność i niezawodność dronów rolniczych.

Wniosek

Podczas gdy 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 kompleksowe możliwości przetwarzania danych w połączeniu z prostotą i szeroką kompatybilnością PWM zapewniają wszechstronne i niezawodne rozwiązanie. To dwuprotokołowe podejście zapewnia, że ​​drony rolnicze wyposażone w silniki XRotor mogą osiągać stabilną, wydajną i precyzyjną wydajność, spełniając rygorystyczne wymagania nowoczesnych zastosowań rolniczych.

Powrót do blogu