В сфере управления двигателями дронов распространены два протокола связи: CAN (Controller Area Network) и ШИМ (PWM). Каждый протокол имеет свои особенности, преимущества и ограничения. Понимание этих различий крайне важно для выбора подходящей системы для различных применений, особенно в сложных условиях эксплуатации сельскохозяйственных дронов.

CAN (сеть контроллеров)

МОЖЕТ — это надёжный цифровой протокол связи, предназначенный для надёжной высокоскоростной передачи данных. Изначально он был разработан для автомобильной промышленности, но с тех пор получил широкое распространение в различных областях, включая беспилотные летательные аппараты.

Технические принципы CAN:

• Цифровая связь: CAN использует технологию дифференциальной сигнализации, которая подразумевает отправку двух дополнительных сигналов для снижения шума и повышения надежности.
• Кадры данных: Данные передаются в кадрах, которые включают в себя не только полезную нагрузку данных, но и адресную информацию, управляющие биты и биты обнаружения ошибок.
• Обработка ошибок: CAN имеет встроенные механизмы обнаружения и исправления ошибок, включая циклический избыточный код (CRC) и слоты подтверждения.
• Мульти-Мастер: CAN поддерживает архитектуру с несколькими ведущими устройствами, что означает, что любой узел может инициировать связь без центрального контроллера.

Преимущества CAN:

1. Цифровая связь: CAN использует цифровые сигналы для передачи данных, что обеспечивает точное и надежное управление двигателем. Цифровая природа данных гарантирует ясность инструкций и меньшую вероятность ошибок.

2. Высокая помехоустойчивость: Цифровые сигналы CAN обладают высокой устойчивостью к электромагнитным помехам (ЭМП), что имеет решающее значение в средах со значительным электронным шумом.

3. Многофункциональная передача данных: Помимо управления дроссельной заслонкой двигателя, CAN-шина может передавать широкий спектр данных, включая скорость двигателя, температуру, ток и другие рабочие параметры. Эта комплексная передача данных обеспечивает расширенный мониторинг и диагностику.

4. Замкнутый контур управления: CAN обеспечивает работу систем управления с обратной связью. Обратная связь от двигателя в реальном времени может использоваться для динамической регулировки параметров управления, обеспечивая стабильную и эффективную работу.

5. Обнаружение и исправление ошибок: CAN имеет встроенные механизмы обнаружения и исправления ошибок, которые повышают надежность связи, снижая вероятность повреждения данных.

6. Уменьшение сложности проводки: CAN позволяет нескольким устройствам обмениваться данными по одной шине, что снижает сложность и вес проводки, что является преимуществом при использовании в беспилотных летательных аппаратах.

ШИМ (широтно-импульсная модуляция)

ШИМ Это более простой аналоговый протокол связи, в котором ширина импульса регулируется для управления скоростью и направлением вращения двигателя. Он широко используется благодаря простоте реализации.

Технические принципы ШИМ:

• Аналоговое управлениеШИМ модулирует ширину цифровых импульсов, имитируя изменение мощности двигателя. Ширина импульса (коэффициент заполнения) определяет скорость двигателя.
• Частота сигнала: Сигналы ШИМ обычно работают на фиксированной частоте, а рабочий цикл регулируется для управления выходным напряжением и током.
• Рабочий цикл: Процент одного периода, в течение которого сигнал активен.Больший рабочий цикл соответствует большей выходной мощности и более высокой скорости двигателя.

Преимущества ШИМ:

1. Простота: ШИМ относительно прост в реализации и понимании, что делает его экономически эффективным решением для основных задач управления двигателями.

2. Бюджетный: Аппаратное обеспечение, необходимое для ШИМ, как правило, менее затратно по сравнению с CAN, что делает его привлекательным вариантом для бюджетных приложений.

3. Широкая совместимость: Большинство контроллеров двигателей поддерживают сигналы ШИМ, что обеспечивает широкую совместимость и простоту интеграции.

Недостатки ШИМ:

1. Восприимчивость к помехам: Являясь аналоговым сигналом, ШИМ более восприимчив к электромагнитным помехам, что может привести к ухудшению сигнала и ненадежному управлению двигателем.

2. Ограниченная функциональность: ШИМ в первую очередь управляет скоростью и направлением вращения двигателя, но не поддерживает передачу дополнительных данных, таких как состояние двигателя или рабочие параметры.

3. Управление по разомкнутому контуру: Системы ШИМ обычно работают в конфигурации с разомкнутым контуром, не имея обратной связи в реальном времени, что может привести к снижению точности управления и проблем со стабильностью.

Почему особое внимание уделяется CAN?

В современных применениях беспилотных летательных аппаратов, особенно в сложных и ответственных условиях, таких как сельское хозяйство, предпочтение CAN по сравнению с ШИМ обусловлено несколькими критическими факторами:

1. Высокая точность и надежность: Цифровая природа CAN обеспечивает высокоточное управление двигателем, что имеет решающее значение для задач, требующих стабильной и точной работы.

2. Повышенная стабильность: Даже в сценариях с одним GPS-приемником без коррекции RTK (кинематическим датчиком в реальном времени) CAN-система может поддерживать стабильный полёт. Это связано с тем, что CAN-системы могут интегрировать данные с различных датчиков (таких как инерциальный измерительный блок, барометры и магнитометры) для динамической регулировки управления двигателем.

3. Комплексная обработка данных: Способность CAN обрабатывать комплексную передачу данных обеспечивает лучший мониторинг и диагностику, что приводит к повышению эффективности обслуживания и эксплуатации.

4. Надежность в суровых условиях: Высокая устойчивость к электромагнитным помехам делает CAN предпочтительным выбором в промышленных и сельскохозяйственных условиях, где помехи весьма распространены.

5. Масштабируемость и гибкость: Способность CAN поддерживать несколько устройств на одной шине делает ее масштабируемой и гибкой для сложных систем беспилотных летательных аппаратов, требующих большого количества датчиков и контроллеров.

Серия двигателей Hobbywing XRotor: оптимальное решение для сельскохозяйственных дронов

Двигатель Hobbywing XRotor Эта серия демонстрирует преимущества интеграции протоколов CAN и ШИМ для сельскохозяйственных дронов. Специально разработанные для создания надежных решений в области электропитания, эти двигатели поддерживают как протоколы CAN, так и ШИМ, обеспечивая непревзойденную надежность и производительность.

Интеграция двух протоколов:

• Резервное копирование CAN + PWMДвигатели XRotor поддерживают протоколы CAN и ШИМ, что гарантирует, что в случае сбоя одного протокола другой может служить резервным. Такой подход с двумя протоколами значительно повышает надёжность системы управления двигателем.

Расширенная CAN-связь:

• Улучшенная передача данных: Комплексная интеграция CAN-коммуникации в серии XRotor выводит передачу данных на новый уровень.Он обеспечивает передачу подробных данных о двигателе и ESC (электронном регуляторе скорости), обеспечивая точное управление и мониторинг.

• Цифровое управление дроссельной заслонкой: Благодаря цифровому управлению дроссельной заслонкой с поддержкой CAN точность управления непревзойденна. Это позволяет плавно и точно регулировать скорость и крутящий момент двигателя, обеспечивая стабильные летные характеристики даже в сложных условиях.

Данные в реальном времени и удаленные обновления:

• Обратная связь в реальном времени: Вся важная информация, включая данные о работе регулятора скорости (ESC) и двигателей, поступает в режиме реального времени. Этот непрерывный цикл обратной связи помогает поддерживать оптимальные характеристики и мгновенно корректировать настройки во время полета.

• Удаленное обновление прошивки ESC: Возможность удаленного обновления прошивки ESC через CAN гарантирует, что дрон всегда может быть обновлен с использованием последних функций и улучшений без необходимости физического доступа к дрону, тем самым повышая эффективность его работы.

Комплексная интеграция с контроллером полета:

• Полная интеграцияДвигатели XRotor совместимы с различными популярными полётными контроллерами, такими как APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei и Jimu. Широкая совместимость обеспечивает беспроблемную интеграцию серии XRotor в различные системы дронов.

Аксессуары для дронов с поддержкой протокола CAN

Вот некоторые высококачественные аксессуары для дронов, которые поддерживают протокол CAN, повышая производительность и надежность сельскохозяйственных дронов:

1. CUAV Новый PIX CAN PMU: Этот высокоточный модуль управления питанием с функцией определения напряжения и тока предназначен для беспилотных летательных аппаратов, обеспечивая точное управление питанием и повышая общую эффективность работы дронов.

2. Новая плата-носитель CAN PDB CUAV: эта несущая плата совместима с полетными контроллерами Pixhawk, Pixhack и Px4, обеспечивая надежное распределение питания и бесперебойную интеграцию для радиоуправляемых беспилотных вертолетов.

3. Модуль расширения CAN-порта HolyBro CAN Hub 2-12S Powered: Разработанный для различных контроллеров полета, этот модуль позволяет расширять порты CAN, облегчая подключение нескольких устройств и повышая эффективность связи.

4. CUAV Новый NEO 3X GPS: Благодаря поддержке Ublox M9N GNSS и протокола DroneCAN этот GPS-модуль обеспечивает точное позиционирование и надежную навигацию для дронов.

5. Плата-носитель модуля питания CUAV CAN PDB и автопилот контроллера полета Pixhawk X7+ Pro Core: этот комплексный комплект включает в себя плату распределения питания и высокопроизводительный контроллер полета, обеспечивающий надежное управление и контроль питания для современных применений дронов.

6. CUAV Can PMU: Цифровой высокоточный модуль определения мощности, предназначенный для управления питанием БПЛА, обеспечивающий точный мониторинг и эффективное использование энергии.

7. Контроллер полета CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro NEO 3 Pro с GPS и CAN PMU, модуль питания: этот комбинированный комплект включает в себя контроллер полета, модуль GPS и блок управления питанием, обеспечивая комплексное решение для управления и навигации дрона.

8. Модуль JIYI CAN HUB для полетного контроллера K++ V2: Поддерживая входное напряжение 6-14S и выходное напряжение 12 В, этот модуль CAN-концентратора предназначен для сельскохозяйственных беспилотных летательных аппаратов, обеспечивая надежное распределение питания и улучшенную связь.

9. Датчик воздушной скорости CUAV MS5525 SKYE: Этот датчик имеет водонепроницаемую конструкцию, интеллектуальную систему противообледенительной защиты и двойную систему контроля температуры, обеспечивая точное измерение скорости воздуха до 500 км/ч с использованием протокола CAN.

Эти аксессуары с расширенной поддержкой протокола CAN обеспечивают точное управление, надежную связь и эффективное управление питанием, значительно повышая производительность и надежность сельскохозяйственных дронов.

Заключение

Хотя и CAN, и ШИМ используются в управлении двигателями дронов, интеграция обоих протоколов в серии двигателей XRotor от Hobbywing задаёт новый стандарт надёжности, точности и расширенной функциональности. Надёжное, высокоточное управление и комплексные возможности обработки данных протокола CAN в сочетании с простотой и широкой совместимостью ШИМ обеспечивают универсальное и надёжное решение. Такой двухпротокольный подход гарантирует, что сельскохозяйственные дроны, оснащённые двигателями XRotor, смогут работать стабильно, эффективно и точно, отвечая высоким требованиям современного сельского хозяйства.