У сфері керування двигунами безпілотників два поширених протоколу зв’язку – це CAN (Мережа контролера) і ШІМ (широтно-імпульсна модуляція). Кожен протокол має відмінні характеристики, переваги та обмеження. Розуміння цих відмінностей має вирішальне значення для вибору відповідної системи для різних застосувань, особливо у складному середовищі сільськогосподарських дронів.

CAN (Мережа контролера)

CAN — це надійний протокол цифрового зв’язку, призначений для надійної високошвидкісної передачі даних. Спочатку він був розроблений для автомобільної промисловості, але згодом отримав широке застосування в різних галузях, включаючи технології безпілотників.

Технічні принципи CAN:

• Цифровий зв'язок: CAN використовує диференціальну техніку сигналізації, яка передбачає надсилання двох додаткових сигналів для зменшення шуму та підвищення надійності.
• Кадри даних: Дані передаються у кадрах, які включають не лише корисне навантаження даних, але й інформацію про адресування, біти керування та біти виявлення помилок.
• Обробка помилок: CAN має вбудовані механізми для виявлення та виправлення помилок, включаючи циклічну перевірку надлишковості (CRC) і слоти для підтвердження.
• Мультиголовний: CAN підтримує багатоголовну архітектуру, тобто будь-який вузол може ініціювати зв’язок без центрального контролера.

Переваги CAN:

1. Цифровий зв’язок: CAN використовує цифрові сигнали для передачі даних, що дозволяє точно та надійно керувати двигуном. Цей цифровий характер гарантує, що інструкції чіткі та менш схильні до помилок.

2. Висока перешкодостійкість: цифрові сигнали CAN дуже стійкі до електромагнітних перешкод (EMI), що є критичним у середовищах із значним електронним шумом.

3. Багатофункціональна передача даних: крім керування дроселем двигуна, CAN може передавати широкий спектр даних, включаючи швидкість двигуна, температуру, струм та інші робочі параметри. Ця комплексна передача даних підтримує розширений моніторинг і діагностику.

4. Керування замкнутим циклом: CAN дозволяє використовувати системи керування замкнутим циклом. Зворотний зв’язок від двигуна в режимі реального часу можна використовувати для динамічного регулювання параметрів керування, забезпечуючи стабільну та ефективну роботу.

5. Виявлення та виправлення помилок: CAN має вбудовані механізми виявлення та виправлення помилок, які підвищують надійність зв’язку, зменшуючи ймовірність пошкодження даних.

6. Зменшена складність проводки: CAN дозволяє кільком пристроям обмінюватися даними через одну шину, зменшуючи складність і вагу проводки, що є перевагою в застосуванні дронів.

ШІМ (широтно-імпульсна модуляція)

ШІМ — це простіший протокол зв’язку на основі аналогового сигналу, де ширина імпульсу змінюється для керування швидкістю та напрямком двигуна. Він широко використовується завдяки простоті виконання.

Технічні принципи ШІМ:

• Аналогове керування: ШІМ модулює ширину цифрових імпульсів, щоб імітувати різні рівні потужності двигуна. Ширина імпульсу (робочий цикл) визначає швидкість двигуна.
• Частота сигналу: ШІМ-сигнали зазвичай працюють на фіксованій частоті, із коригуванням робочого циклу для контролю вихідної напруги та струму.
• Робочий цикл: відсоток одного періоду, протягом якого сигнал активний. Вищий робочий цикл відповідає вищій вихідній потужності та більшій швидкості двигуна.

Переваги ШІМ:

1. Простота: ШІМ відносно простий у реалізації та розумінні, що робить його економічно ефективним рішенням для базових потреб керування двигуном.

2. Низька вартість: апаратне забезпечення, необхідне для ШІМ, як правило, дешевше порівняно з CAN, що робить його привабливим варіантом для бюджетних програм.

3. Широка сумісність: більшість контролерів двигунів підтримують сигнали ШІМ, що забезпечує широку сумісність і легкість інтеграції.

Недоліки ШІМ:

1. Сприйнятливість до перешкод: як аналоговий сигнал ШІМ більш сприйнятливий до електромагнітних перешкод, що може призвести до погіршення сигналу та ненадійного керування двигуном.

2. Обмежена функціональність: ШІМ головним чином контролює швидкість і напрямок двигуна, але не підтримує передачу додаткових даних, таких як стан двигуна або робочі параметри.

3. Керування з відкритим контуром: ШІМ-системи зазвичай працюють у конфігурації з відкритим контуром, без зворотного зв’язку в реальному часі, що може призвести до менш точного керування та проблем зі стабільністю.

Чому підкреслити МОЖНА?

У сучасних застосуваннях безпілотників, особливо в складних і вимогливих середовищах, таких як сільське господарство, наголос на CAN над ШІМ зумовлений кількома критичними факторами:

1. Висока точність і надійність: цифровий характер CAN забезпечує високоточне керування двигуном, що має вирішальне значення для завдань, які потребують стабільної та точної роботи.

2. Покращена стабільність: навіть у сценаріях з одним GPS без RTK (кінематичних поправок у реальному часі) CAN може підтримувати стабільний політ. Це пояснюється тим, що системи CAN можуть інтегрувати дані з різних датчиків (таких як IMU, барометри та магнітометри) для динамічного регулювання керування двигуном.

3. Комплексна обробка даних: здатність CAN обробляти комплексну передачу даних забезпечує кращий моніторинг і діагностику, що призводить до покращеного обслуговування та ефективності роботи.

4. Стійкість у суворих умовах: висока стійкість до електромагнітних перешкод робить CAN кращим вибором у промислових і сільськогосподарських умовах, де переважають перешкоди.

5. Масштабованість і гнучкість: здатність CAN підтримувати кілька пристроїв на одній шині робить її масштабованою та гнучкою для складних систем дронів, які вимагають численні датчики та контролери.

Серія двигунів Hobbywing XRotor: найкраще рішення для сільськогосподарських дронів

Серія двигунів Hobbywing XRotor є прикладом переваг інтеграції протоколів CAN і PWM для сільськогосподарських дронів. Спеціально розроблені для забезпечення надійних рішень живлення, ці двигуни включають протоколи зв’язку CAN і ШІМ, що забезпечує неперевершену надійність і продуктивність.

Інтеграція подвійного протоколу:

• Резервне копіювання CAN + PWM: Двигуни XRotor підтримують протоколи CAN і PWM, гарантуючи, що якщо один протокол виходить з ладу, інший може служити резервним. Такий підхід із двома протоколами значно підвищує надійність системи керування двигуном.

Розширений зв'язок CAN:

• Покращена передача даних: комплексна інтеграція зв’язку CAN у серії XRotor забезпечує новий рівень передачі даних. Він забезпечує передачу детальних даних двигуна та ESC (електронного контролера швидкості), забезпечуючи точне керування та моніторинг.

• Цифрове керування дросельною заслінкою: із цифровою дросельною заслінкою з підтримкою CAN точність керування неперевершена. Це дозволяє плавно й точно регулювати швидкість і крутний момент двигуна, забезпечуючи стабільні характеристики польоту навіть у складних умовах.

Дані в реальному часі та віддалене оновлення:

• Зворотній зв'язок у режимі реального часу: уся важлива інформація, включно з ESC і робочими даними двигуна, отримується в режимі реального часу. Ця безперервна петля зворотного зв’язку допомагає підтримувати оптимальну продуктивність і миттєво коригувати під час польоту.

• Віддалене оновлення мікропрограми ESC: можливість дистанційного оновлення мікропрограми ESC через CAN гарантує, що безпілотник завжди можна оновити за допомогою найновіших функцій і вдосконалень без фізичного доступу до дрона, тим самим підвищуючи ефективність роботи.

Комплексна інтеграція контролера польоту:

• Безшовна інтеграція: двигуни XRotor сумісні з різними основними контролерами польоту, такими як APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei та Jimu. Ця широка сумісність гарантує безпроблемну інтеграцію серії XRotor у різноманітні системи дронів.

 

Аксесуари для дронів із підтримкою протоколу CAN

Ось кілька високоякісних аксесуарів для дронів, які підтримують протокол CAN, підвищуючи продуктивність і надійність сільськогосподарських дронів:

1. CUAV New PIX CAN PMU: цей високоточний модуль керування живленням із визначенням напруги та струму розроблений для БПЛА, забезпечує точне керування живленням і підвищує загальну ефективність роботи дронів .

2. Нова плата CAN PDB Carrier CUAV: ця плата сумісна з контролерами польоту Pixhawk, Pixhack і Px4, забезпечуючи надійний розподіл живлення та безперебійну інтеграцію для вертольотів RC.

3. Модуль розширення портів CAN з живленням HolyBro CAN Hub 2-12S: розроблений для різних контролерів польоту, цей модуль дозволяє розширювати порти CAN, полегшуючи підключення кількох пристроїв і підвищення ефективності спілкування.

4. CUAV New NEO 3X GPS: Завдяки Ublox M9N GNSS і протоколу DroneCAN цей модуль GPS забезпечує точне позиціонування та надійну навігацію для дронів.

5. CUAV CAN PDB Power Module Carrier Board and X7+ Pro Core Pixhawk Flight Controller Autopilot: цей комплексний пакет включає в себе плату розподілу живлення та високопродуктивний контролер польоту, що забезпечує надійне керування і управління живленням для розширених додатків дронів.

6. CUAV Can PMU: цифровий високоточний модуль виявлення живлення, призначений для керування живленням БПЛА, що забезпечує точний моніторинг і ефективне використання енергії.

7. CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro Flight Controller NEO 3 Pro GPS і CAN PMU Power Module Combo: цей комбінований пакет включає контролер польоту, модуль GPS і блок керування живленням, надання повного рішення для управління дронами та навігації.

8. Модуль JIYI CAN HUB для контролера польоту K++ V2: цей модуль CAN-концентратора, що підтримує вхідну потужність 6-14S і вихід 12В, призначений для сільськогосподарських дронів, забезпечуючи надійний розподіл енергії та посилене спілкування.

9. Датчик швидкості повітря CUAV MS5525 SKYE: цей датчик має дощозахисну конструкцію, інтелектуальний захист від обледеніння та подвійну систему контролю температури, що забезпечує точні вимірювання швидкості повітря до 500 км/год за допомогою CAN протокол.

Ці аксесуари з розширеною підтримкою протоколу CAN забезпечують точне керування, надійний зв’язок і ефективне управління живленням, значно підвищуючи продуктивність і надійність сільськогосподарських дронів.

 

Висновок

Хоча і CAN, і ШІМ займають своє місце в управлінні двигуном дрона, інтеграція обох протоколів у серію двигунів XRotor від Hobbywing встановлює новий стандарт надійності, точності та розширеної функціональності. Надійне, високоточне керування протоколом CAN і комплексні можливості обробки даних у поєднанні з простотою ШІМ і широкою сумісністю забезпечують універсальне та надійне рішення. Цей підхід із подвійним протоколом гарантує, що сільськогосподарські дрони, оснащені двигунами XRotor, можуть досягти стабільної, ефективної та точної роботи, відповідаючи суворим вимогам сучасних сільськогосподарських застосувань.