У сфері керування двигунами дронів два поширені протоколи зв'язку – це CAN (мережа контролера) та PWM (широтно-імпульсна модуляція). Кожен протокол має свої особливості, переваги та обмеження. Розуміння цих відмінностей є критично важливим для вибору відповідної системи для різних застосувань, особливо у вимогливих умовах експлуатації сільськогосподарських дронів.

CAN (мережа контролера)

МОЖЕ — це надійний протокол цифрового зв'язку, розроблений для надійної високошвидкісної передачі даних. Спочатку він був розроблений для автомобільної промисловості, але з того часу широко застосовується в різних галузях, зокрема в технології дронів.

Технічні принципи CAN:

• Цифрова комунікаціяCAN використовує метод диференціальної сигналізації, який передбачає надсилання двох додаткових сигналів для зменшення шуму та підвищення надійності.
• Фрейми данихДані передаються в кадрах, які містять не лише корисне навантаження даних, але й інформацію про адресацію, керуючі біти та біти виявлення помилок.
• Обробка помилокCAN має вбудовані механізми для виявлення та виправлення помилок, включаючи циклічні перевірки надлишковості (CRC) та слоти підтвердження.
• Мульти-майстерCAN підтримує архітектуру з кількома головними вузлами, тобто будь-який вузол може ініціювати зв'язок без центрального контролера.

Переваги CAN:

1. Цифрова комунікаціяCAN використовує цифрові сигнали для передачі даних, що дозволяє точно та надійно керувати двигуном. Цей цифровий характер забезпечує чіткість інструкцій та меншу схильність до помилок.

2. Висока стійкість до перешкодЦифрові сигнали CAN мають високу стійкість до електромагнітних перешкод (EMI), що є критично важливим у середовищах зі значним електронним шумом.

3. Багатофункціональна передача данихОкрім керування дросельною заслінкою двигуна, CAN може передавати широкий спектр даних, включаючи швидкість двигуна, температуру, струм та інші робочі параметри. Така комплексна передача даних підтримує розширений моніторинг та діагностику.

4. Замкнуте керуванняCAN забезпечує роботу систем керування із замкнутим циклом. Зворотний зв'язок від двигуна в режимі реального часу може бути використаний для динамічного налаштування параметрів керування, забезпечуючи стабільну та ефективну роботу.

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

6. Зменшена складність електропроводкиCAN дозволяє кільком пристроям взаємодіяти через одну шину, зменшуючи складність і вагу проводки, що є перевагою у застосуванні дронів.

ШІМ (широтно-імпульсна модуляція)

ШІМ — це простіший аналоговий протокол зв'язку, де ширина імпульсу змінюється для керування швидкістю та напрямком двигуна. Він широко використовується завдяки своїй простоті реалізації.

Технічні принципи ШІМ:

• Аналогове керуванняШІМ модулює ширину цифрових імпульсів для імітації різних рівнів потужності двигуна. Ширина імпульсу (коефіцієнт заповненості) визначає швидкість двигуна.
• Частота сигналуШІМ-сигнали зазвичай працюють на фіксованій частоті, а шпаруватість налаштовується для керування вихідною напругою та струмом.
• Робочий циклВідсоток одного періоду, протягом якого сигнал є активним.Більший робочий цикл відповідає вищій вихідній потужності та швидшій швидкості двигуна.

Переваги ШІМ:

1. ПростотаШІМ відносно проста у впровадженні та розумінні, що робить її економічно ефективним рішенням для базових потреб керування двигуном.

2. Низька вартістьАпаратне забезпечення, необхідне для ШІМ, зазвичай дешевше порівняно з CAN, що робить його привабливим варіантом для бюджетних застосувань.

3. Широка сумісністьБільшість контролерів двигунів підтримують ШІМ-сигнали, що забезпечує широку сумісність та легкість інтеграції.

Недоліки ШІМ:

1. Схильність до перешкодЯк аналоговий сигнал, ШІМ більш чутливий до електромагнітних перешкод, що може призвести до погіршення сигналу та ненадійного керування двигуном.

2. Обмежена функціональністьШІМ в основному контролює швидкість і напрямок руху двигуна, але не підтримує передачу додаткових даних, таких як стан двигуна або робочі параметри.

3. Керування у відкритому контуріШІМ-системи зазвичай працюють у конфігурації з розімкнутим контуром, без зворотного зв'язку в реальному часі, що може призвести до менш точного керування та проблем зі стабільністю.

Чому варто наголошувати на CAN?

У сучасних застосуваннях дронів, особливо у складних та вимогливих умовах, таких як сільське господарство, акцент на CAN над ШІМ зумовлений кількома критичними факторами:

1. Висока точність і надійністьЦифрова природа CAN дозволяє високоточне керування двигуном, що є критично важливим для завдань, що потребують стабільної та точної роботи.

2. Підвищена стабільністьНавіть у сценаріях з одним GPS-приймачем без корекції RTK (кінематика реального часу), 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 налаштування керування двигуном.

3. Комплексна обробка данихЗдатність CAN обробляти повну передачу даних забезпечує кращий моніторинг та діагностику, що призводить до покращення технічного обслуговування та експлуатаційної ефективності.

4. Надійність у суворих умовах експлуатаціїСильний захист від електромагнітних перешкод робить CAN кращим вибором у промислових та сільськогосподарських умовах, де поширені перешкоди.

5. Масштабованість та гнучкістьЗдатність CAN підтримувати кілька пристроїв на одній шині робить її масштабованою та гнучкою для складних систем дронів, що потребують численних датчиків та контролерів.

Серія двигунів Hobbywing XRotor: найкраще рішення для сільськогосподарських дронів

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

Інтеграція з двома протоколами:

• Резервне копіювання CAN + ШІМДвигуни XRotor підтримують протоколи CAN та PWM, що гарантує, що у разі збою одного протоколу інший може служити резервним. Такий підхід з двома протоколами значно підвищує надійність системи керування двигуном.

Розширений зв'язок CAN:

• Покращений обмін данимиКомплексна інтеграція CAN-комунікації в серії XRotor виводить обмін даними на новий рівень.Це дозволяє передавати детальні дані про двигун та ESC (електронний регулятор швидкості), забезпечуючи точне керування та моніторинг.

• Цифрове керування дросельною заслінкоюЗавдяки цифровому дросельному керуванню з підтримкою CAN точність керування не має собі рівних. Це дозволяє плавно та точно регулювати швидкість і крутний момент двигуна, забезпечуючи стабільні характеристики польоту навіть у складних умовах.

Дані в режимі реального часу та віддалені оновлення:

• Зворотній зв'язок у режимі реального часуВся важлива інформація, включаючи дані про роботу регулятора швидкості руху та двигуна, отримується в режимі реального часу. Цей безперервний цикл зворотного зв'язку допомагає підтримувати оптимальну продуктивність та негайно вносити корективи під час польоту.

• Дистанційне оновлення прошивки ESCМожливість дистанційного оновлення прошивки ESC через CAN гарантує, що дрон завжди можна оновлювати найновішими функціями та вдосконаленнями без необхідності фізичного доступу до дрона, тим самим підвищуючи ефективність роботи.

Комплексна інтеграція з контролером польоту:

• Безшовна інтеграціяДвигуни XRotor сумісні з різними поширеними контролерами польоту, такими як APM, Microk, Boying, JIYI, Qifei та Jimu. Ця широка сумісність гарантує, що серію XRotor можна безперешкодно інтегрувати в різноманітні системи дронів.

Аксесуари для дронів, що підтримують протокол CAN

Ось деякі високоякісні аксесуари для дронів, які підтримують протокол CAN, підвищуючи продуктивність та надійність сільськогосподарських дронів:

1. Новий PIX CAN PMU від CUAVЦей високоточний модуль керування живленням для визначення напруги та струму розроблений для безпілотних літальних апаратів, забезпечуючи точне керування живленням та підвищуючи загальну ефективність роботи дронів.

2. Нова плата-носій CUAV CAN PDBЦя плата-носій сумісна з контролерами польоту Pixhawk, Pixhack та Px4, забезпечуючи надійний розподіл живлення та безперешкодну інтеграцію з радіокерованими дронів-гелікоптерами.

3. Модуль розширення портів CAN HolyBro CAN Hub 2-12S з живленням від мережіРозроблений для різних контролерів польоту, цей модуль дозволяє розширювати порти CAN, полегшуючи підключення кількох пристроїв та підвищуючи ефективність зв'язку.

4. Новий GPS-навігатор CUAV NEO 3XЗавдяки протоколу Ublox M9N GNSS та DroneCAN, цей GPS-модуль забезпечує точне позиціонування та надійну навігацію для дронів.

5. Плата живлення модуля CUAV CAN PDB та автопілот контролера польоту X7+ Pro Core PixhawkЦей комплексний пакет включає плату розподілу живлення та високопродуктивний контролер польоту, що забезпечує надійне керування та живлення для передових застосувань дронів.

6. CUAV може PMUЦифровий високоточний модуль виявлення потужності, розроблений для управління живленням БПЛА, що забезпечує точний моніторинг та ефективне використання енергії.

7. Комплект польотного контролера CUAV Pixhawk Drone FPV X7+ Pro з модулем живлення PMU та GPS для квадрокоптера NEO 3 ProЦей комбінований пакет включає контролер польоту, GPS-модуль та блок керування живленням, забезпечуючи комплексне рішення для керування та навігації дроном.

8. Модуль JIYI CAN HUB для контролера польоту K++ V2Цей модуль CAN-хабу, що підтримує вхідне живлення 6-14S та вихідне живлення 12V, розроблений для сільськогосподарських дронів, забезпечуючи надійний розподіл живлення та покращений зв'язок.

9. Датчик швидкості повітря CUAV MS5525 SKYEЦей датчик має водонепроникну конструкцію, інтелектуальну систему розморожування та подвійну систему контролю температури, що забезпечує точні вимірювання швидкості повітря до 500 км/год за допомогою протоколу CAN.

Ці аксесуари, завдяки підтримці розширеного протоколу CAN, забезпечують точне керування, надійний зв'язок та ефективне управління живленням, значно підвищуючи продуктивність та надійність сільськогосподарських дронів.

Висновок

Хоча як CAN, так і PWM мають своє місце в управлінні двигунами дронів, інтеграція обох протоколів у серію двигунів XRotor від Hobbywing встановлює новий стандарт надійності, точності та розширеної функціональності. Надійне, високоточне керування протоколом CAN та комплексні можливості обробки даних у поєднанні з простотою та широкою сумісністю PWM забезпечують універсальне та надійне рішення. Такий двопротокольний підхід гарантує, що сільськогосподарські дрони, оснащені двигунами XRotor, можуть досягати стабільної, ефективної та точної роботи, що відповідає суворим вимогам сучасного сільськогосподарського застосування.