В сфере управления двигателями дронов двумя распространенными протоколами связи являются CAN (сеть контроллеров) и PWM (широтно-импульсная модуляция). Каждый протокол имеет различные характеристики, преимущества и ограничения. Понимание этих различий имеет решающее значение для выбора подходящей системы для различных применений, особенно в сложных условиях использования сельскохозяйственных дронов.

CAN (сеть контроллеров)

CAN — это надежный протокол цифровой связи, предназначенный для надежной и высокоскоростной передачи данных. Первоначально он был разработан для автомобильной промышленности, но с тех пор получил широкое распространение в различных областях, включая технологию дронов.

Технические принципы CAN:

• Цифровая связь: CAN использует метод дифференциальной передачи сигналов, который включает отправку двух дополнительных сигналов для уменьшения шума и повышения надежности.
• Кадры данных: Данные передаются в кадрах, которые включают в себя не только полезную нагрузку данных, но также информацию об адресации, биты управления и биты обнаружения ошибок.
• Обработка ошибок: CAN имеет встроенные механизмы для обнаружения и исправления ошибок, включая циклический избыточный контроль (CRC) и слоты подтверждения.
• Multi-Master: 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. Эта цифровая природа гарантирует, что инструкции ясны и менее подвержены ошибкам.

2. Высокая помехоустойчивость: цифровые сигналы CAN обладают высокой устойчивостью к электромагнитным помехам (EMI), что критически важно в средах со значительным электронным шумом.

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

4. Управление с обратной связью: CAN включает системы 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. Уменьшенная сложность проводки: CAN позволяет нескольким устройствам обмениваться данными по одной шине, уменьшая сложность и вес проводки, что является преимуществом в приложениях дронов.

ШИМ (широтно-импульсная модуляция)

PWM — это более простой аналоговый протокол связи, в котором ширина импульса варьируется для управления скоростью и направлением вращения двигателя. Он широко используется благодаря простоте реализации.

Технические принципы ШИМ:

• Аналоговое управление: ШИМ модулирует ширину цифровых импульсов для имитации различных уровней мощности двигателя. Ширина импульса (скважность) 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. Более высокий рабочий цикл соответствует более высокой 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 двигателем.

2. Низкая стоимость: Аппаратное обеспечение, необходимое для ШИМ, как правило, дешевле 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: Будучи аналоговым сигналом, ШИМ более восприимчив к электромагнитным помехам, что может привести к ухудшению качества сигнала и ненадежному управлению двигателем.

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

3. Управление с разомкнутым контуром: Системы ШИМ обычно работают в конфигурации с разомкнутым контуром, в которой отсутствует обратная связь в реальном времени, что может привести к менее точному управлению и проблемам со стабильностью.

Зачем подчеркивать CAN?

В современных приложениях дронов, особенно в сложных и требовательных средах, таких как сельское хозяйство, акцент на CAN по сравнению с PWM обусловлен несколькими критическими факторами:

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

2. Повышенная стабильность: Даже в сценариях с одним GPS без поправок RTK (кинематика в реальном времени) CAN может поддерживать стабильный полет. Это связано с тем, что системы CAN могут интегрировать данные от различных датчиков (таких как IMU, 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 улучшению технического обслуживания и эффективности эксплуатации.

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

5. Масштабируемость и гибкость: способность CAN поддерживать несколько устройств на одной шине делает его масштабируемым и гибким для сложных систем дронов, требующих большого количества датчиков и контроллеров.

Серия двигателей Hobbywing XRotor: идеальное решение для сельскохозяйственных дронов

Серия

Hobbywing XRotor Motor демонстрирует преимущества интеграции протоколов CAN и PWM для сельскохозяйственных дронов. Эти двигатели, специально разработанные для обеспечения надежных энергетических решений, поддерживают протоколы связи CAN и PWM, обеспечивая непревзойденную надежность и производительность.

Интеграция двух протоколов:

• Резервное копирование CAN + PWM: двигатели XRotor поддерживают протоколы CAN и PWM, гарантируя, что в случае сбоя одного протокола другой может служить резервным. Такой двухпротокольный подход значительно повышает надежность системы управления двигателем.

Расширенная связь CAN:

• Усовершенствованная передача данных: Комплексная интеграция связи CAN в серии XRotor обеспечивает новый уровень передачи данных. Он обеспечивает передачу подробных данных двигателя и ESC (электронного регулятора скорости), обеспечивая точное управление и мониторинг.

• Цифровое управление дроссельной заслонкой: Благодаря цифровому дросселю с поддержкой CAN точность управления не имеет себе равных. 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 ESC и работы двигателя, извлекается в режиме реального времени. Эта непрерывная петля обратной связи помогает поддерживать оптимальные характеристики и немедленную корректировку во время полета.

• Удаленное обновление прошивки ESC: Возможность удаленного обновления прошивки ESC через CAN гарантирует, что дрон всегда можно будет обновить новейшими функциями и улучшениями без необходимости физического доступа к дрону, тем самым повышая эффективность работы.

Комплексная интеграция контроллера полета:

• Бесшовная интеграция: двигатели XRotor совместимы с различными основными контроллерами полета, такими как APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei и Jimu. Такая широкая совместимость гарантирует, что серию XRotor можно легко интегрировать в разнообразные 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 для определения напряжения и тока предназначен для БПЛА и обеспечивает точное управление питанием и повышает общую эффективность работы дронов. .

2. Новая несущая плата CAN PDB для CUAV: Эта несущая плата совместима с полетными контроллерами Pixhawk, Pixhack и Px4, обеспечивая надежное распределение энергии и бесшовную интеграцию с вертолетами-дронами с дистанционным управлением.

3. Модуль расширения CAN-портов HolyBro CAN Hub 2-12S: этот модуль, разработанный для различных полетных контроллеров, позволяет расширять порты CAN, облегчая подключение нескольких устройств и повышение эффективности коммуникации.

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

5. Несущая плата модуля питания CUAV CAN PDB и автопилот контроллера полета X7+ Pro Core Pixhawk: этот комплексный пакет включает в себя плату распределения питания и высокопроизводительный контроллер полета, обеспечивающий надежный контроль и управление питанием для продвинутых приложений дронов.

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

7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Контроллер полета NEO 3 Pro Комбинированный модуль питания с GPS и CAN PMU: Этот комбинированный пакет включает контроллер полета, модуль GPS и блок управления питанием, предоставление комплексного решения для управления и навигации дронов.

8. Модуль JIYI CAN HUB для контроллера полета K++ V2: поддерживая входную мощность 6–14S и выход 12 В, этот модуль CAN-концентратора предназначен для сельскохозяйственных дронов и обеспечивает надежное распределение энергии и расширенное общение.

9. Датчик воздушной скорости CUAV MS5525 SKYE: Этот датчик имеет защищенную от дождя конструкцию, интеллектуальную противообледенительную систему и двойную систему контроля температуры, обеспечивая точные измерения воздушной скорости до 500 км/ч с использованием CAN. протокол.

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 PWM имеют свое место в управлении двигателями дронов, интеграция обоих протоколов в серии двигателей XRotor от Hobbywing устанавливает новый стандарт надежности, точности и расширенной функциональности. Надежное, высокоточное управление и широкие возможности обработки данных протокола CAN в сочетании с простотой и широкой совместимостью ШИМ обеспечивают универсальное и надежное решение. Этот двухпротокольный подход гарантирует, что сельскохозяйственные дроны, оснащенные двигателями XRotor, смогут достичь стабильной, эффективной и точной работы, отвечая строгим требованиям современных сельскохозяйственных приложений.