ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสำหรับระบบโดรน

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายไฟเบอร์ออปติกเป็นแผงควบคุมที่จัดการการจ่าย การดึงกลับ และความเสถียรของแรงดึงของสายไฟเบอร์ระหว่างโดรนที่เชื่อมต่อกับสถานีภาคพื้นดิน ในขณะที่ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับการเชื่อมต่อ ข้อมูลแบบออปติคอลจัดการการส่งสัญญาณ และตัวควบคุมการบินจัดการการเคลื่อนที่ของอากาศยาน แผงวงจรพิมพ์สำหรับม้วนสายไฟเบอร์จะช่วยปกป้องสภาพทางกลของสายไฟเบอร์เอง นั่นหมายถึงการรักษาแรงดึงให้คงที่ การติดตามความยาวที่ใช้งาน การควบคุมความเร็วของม้วนสาย และการป้องกันการหย่อน การดึงมากเกินไป หรือข้อบกพร่องในการม้วนที่อาจขัดขวางการเชื่อมต่อแบบออปติคอล

ในการใช้งานจริง นี่คือปัญหาการควบคุมทางกลไฟฟ้าแบบไดนามิก การเคลื่อนที่ของโดรน การรบกวนจากลม อัตราการไต่ระดับ อัตราการลง และแรงเฉื่อยของม้วนเส้นใย ล้วนส่งผลต่อพฤติกรรมของเส้นใยแบบเรียลไทม์ แผงวงจรพิมพ์ของม้วนเส้นใยต้องประสานงานการขับเคลื่อนมอเตอร์ การตรวจจับสัญญาณป้อนกลับ การตรวจสอบด้วยแสง และตรรกะด้านความปลอดภัยอย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาระดับแรงดึงของสายเคเบิลให้อยู่ในช่วงที่ใช้งานได้ตลอดการปล่อย การลอยตัว การบังคับทิศทาง การดึงกลับ และสภาวะผิดปกติ

ขอรับใบเสนอราคาสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Tether Spool

บทบาทของระบบและวัตถุประสงค์ในการควบคุม

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายไฟเบอร์เป็นตัวควบคุมหลักสำหรับม้วนสายไฟเบอร์ด้านพื้นดิน หน้าที่หลักของมันนั้นกล่าวได้ง่ายแต่ทำได้ยาก นั่นคือ การรักษาความตึงของสายไฟเบอร์ให้มากพอที่จะไม่หย่อน แต่ก็ต้องมีความตึงต่ำพอที่จะป้องกันการลดทอนสัญญาณมากเกินไป การโค้งงอเล็กน้อย หรือการแตกหัก ในระบบ UAV ที่ผูกติดกับสายเคเบิลส่วนใหญ่ หมายความว่าต้องรักษาความตึงของสายไฟเบอร์ให้อยู่ในช่วงการทำงานที่แคบ ในขณะที่อากาศยานเคลื่อนที่อย่างไม่แน่นอนในสามมิติ

โดยทั่วไปคณะกรรมการจะทำหน้าที่บริหารจัดการ:

• การควบคุมมอเตอร์สปูล สำหรับการจ่ายเงินและการถอนเงิน
• การควบคุมความตึงเครียด โดยใช้ผลตอบรับโดยตรงหรือโดยประมาณ
• การติดตามความยาวเส้นใย เพื่อรักษาการรับรู้ถึงสายเชื่อมต่อ
• การตรวจสอบสุขภาพทางสายตา สำหรับการตรวจจับการสูญหาย การแตกหัก หรือการเสื่อมสภาพ
• การสื่อสารสถานะ ด้วยตัวควบคุมสถานีภาคพื้นดิน

สิ่งนี้ทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของม้วนสายเคเบิลกลายเป็นตัวควบคุมระดับระบบ แทนที่จะเป็นแผงวงจรควบคุมมอเตอร์แบบแยกส่วน มันต้องตอบสนองไม่เพียงแค่ต่อสภาวะของมอเตอร์และม้วนสายเคเบิลเท่านั้น แต่ยังต้องตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงที่รายงานโดยแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของสายเคเบิลเชื่อมต่อโดรนและโดยลิงก์ออปติคอลเองด้วย ในระบบภาคพื้นดินที่สมบูรณ์ มันมักจะทำงานร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของกระป๋องหรือโมดูลจัดการสายเคเบิลอื่นๆ ที่จัดการการจ่าย การจัดเก็บ หรือสถานะการใช้งาน

การควบคุมแรงตึงและการติดตามความยาว

ปัญหาหลักในการควบคุมคือการควบคุมแรงดึงแบบวงปิด แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของแกนหมุนจะวัดหรือประมาณแรงดึงของเส้นใย เปรียบเทียบกับค่าเป้าหมายที่ตั้งไว้ และปรับแรงบิดของมอเตอร์และความเร็วของแกนหมุนตามนั้น ตัวควบคุมที่ใช้งานได้จริงต้องตอบสนองต่อการรบกวนระยะสั้นได้อย่างรวดเร็ว เช่น การเร่งความเร็วอย่างฉับพลันหรือแรงลมกระโชก แต่ก็ต้องหลีกเลี่ยงการแกว่ง การเกินค่าเป้าหมาย และการเกิดความหย่อนยานด้วย

วิธีการให้ข้อเสนอแนะทั่วไป ได้แก่:

• การตรวจจับโหลดเซลล์ ที่ตัวนำทางออกสำหรับการวัดแรงดึงโดยตรง
• การประมาณค่ากระแสหรือแรงบิดของมอเตอร์ โดยใช้กระแสขับและรูปทรงของแกนหมุน
• การตอบสนองของแขนนักเต้น โดยที่กลไกแบบสปริงจะดูดซับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

ในระบบส่วนใหญ่ ตัวควบคุมจะเป็นวงจรเซอร์โวแบบ PID หรือเทียบเท่า การปรับจูนต้องคำนึงถึงแรงเฉื่อยของม้วนเส้นใย รัศมีที่มีประสิทธิภาพที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเส้นใยพันหรือคลายตัว และความยืดหยุ่นของสายยึดเอง การป้องกันการพันกันเป็นสิ่งจำเป็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่สายหย่อนหรือเมื่อมอเตอร์ถึงความเร็วจำกัด

การติดตามความยาวมีความสำคัญไม่แพ้กัน ผู้ปฏิบัติงานต้องการข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับความยาวของเส้นใยที่ใช้งาน ปริมาณสำรองที่เหลืออยู่ และว่ารูปแบบการใช้งานปัจจุบันกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดของม้วนเส้นใยหรือไม่ โดยปกติแล้วจะทำได้โดยใช้ตัวเข้ารหัสของมอเตอร์หรือแกนหมุน ร่วมกับแบบจำลองเส้นผ่านศูนย์กลางการม้วน ในระบบที่ทันสมัยกว่านั้น ข้อมูลความยาวจะช่วยปรับปรุงการควบคุมแบบป้อนล่วงหน้า ทำให้ม้วนเส้นใยสามารถคาดการณ์ความต้องการในการจ่ายหรือดึงเส้นใยกลับได้ แทนที่จะตอบสนองเฉพาะเมื่อแรงตึงเปลี่ยนแปลงเท่านั้น

อุปกรณ์ขับเคลื่อนมอเตอร์ อุปกรณ์จ่ายไฟ และอุปกรณ์ความปลอดภัย

มอเตอร์หมุนม้วนสายเคเบิลมักเป็นระบบย่อยที่มีกำลังสูงสุดบนแผงวงจร ขึ้นอยู่กับขนาดของม้วนสายเคเบิลและความเร็วในการดึงกลับ กำลังของมอเตอร์อาจมีตั้งแต่หลายสิบวัตต์ไปจนถึงหลายร้อยวัตต์ ซึ่งต้องใช้ชุดขับมอเตอร์ที่สามารถควบคุมแรงบิดได้อย่างแม่นยำ ทำงานได้อย่างราบรื่นที่ความเร็วต่ำ และตอบสนองต่อข้อผิดพลาดได้อย่างน่าเชื่อถือ

แผงวงจรพิมพ์แบบม้วนสายขั้นสูงส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์ BLDC พร้อมอินเวอร์เตอร์สามเฟส และการสลับกระแสแบบสี่เหลี่ยมคางหมูหรือการควบคุมแบบเน้นสนามแม่เหล็ก สำหรับการจัดการสายยึด มักนิยมใช้ FOC มากกว่า เนื่องจากให้แรงบิดที่ราบเรียบกว่าที่ความเร็วต่ำ ซึ่งช่วยลดการกระเพื่อมของแรงดึงบนเส้นใยโดยตรง

ส่วนที่เกี่ยวข้องกับพลังงานและความปลอดภัยโดยทั่วไปประกอบด้วย:

• ตัวขับเกตและบริดจ์ MOSFET ออกแบบมาเพื่อเร่งความเร็วของแกนหมุนและการทำงานที่สภาวะคงที่
• ความจุจำนวนมาก ใกล้กับภาคจ่ายไฟเพื่อดูดซับกระแสไฟฟ้าชั่วขณะ
• การตรวจจับปัจจุบัน เพื่อการประมาณแรงบิด การควบคุมการขับเคลื่อน และการป้องกันฮาร์ดแวร์
• การป้องกันขั้วกลับและไฟกระชาก สำหรับระบบที่ติดตั้งภาคสนาม
• อุปกรณ์หยุดฉุกเฉิน ซึ่งจะปิดการทำงานของมอเตอร์โดยไม่ขึ้นอยู่กับเฟิร์มแวร์
• ระบบป้องกันแรงดันเกินและกระแสเกิน ซึ่งสามารถกระตุ้นได้แม้ว่าโปรเซสเซอร์จะทำงานช้าหรือมีข้อผิดพลาด

ในทางปฏิบัติ การออกแบบที่ปลอดภัยที่สุดคือการออกแบบแบบสองชั้นเสมอ: ซอฟต์แวร์จัดการการควบคุมปกติและการลดกำลังอย่างนุ่มนวล ในขณะที่ตัวเปรียบเทียบฮาร์ดแวร์และเส้นทางยับยั้งเฉพาะจะจัดการกับสภาวะที่เลวร้ายที่สุด สำหรับระบบที่รวมการเชื่อมต่อแบบไฮบริดระหว่างพลังงานและใยแก้วนำแสง การพิจารณาด้านการออกแบบจะทับซ้อนกับ สถาปัตยกรรม ของแผงจ่ายใยแก้วนำแสงซึ่งการจัดการทางกลและความทนทานทางไฟฟ้าต้องอยู่ร่วมกันได้

การตรวจสอบด้วยแสงและการบูรณาการสถานีภาคพื้นดิน

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายเคเบิลไม่ได้เป็นเพียงตัวควบคุมการเคลื่อนที่เท่านั้น แต่ยังเป็นจุดวินิจฉัยที่สำคัญในระบบสายเคเบิลอีกด้วย โดยการตรวจสอบกำลังแสงที่ได้รับและเปรียบเทียบกับงบประมาณสัญญาณที่ส่งออกไป แผงวงจรนี้สามารถช่วยตรวจจับการโค้งงอมากเกินไป ความเสียหายที่เกิดขึ้นใหม่ การเสื่อมสภาพของขั้วต่อ หรือการขาดของเส้นใยโดยสมบูรณ์ได้

ฟังก์ชันทางแสงและระดับระบบทั่วไป ได้แก่:

• การตรวจสอบกำลังรับสัญญาณ ผ่านการตรวจสอบด้วยโฟโตไดโอดหรือตัวรับส่งสัญญาณ
• แนวโน้มคุณภาพลิงก์ เพื่อระบุความเสื่อมสภาพก่อนที่จะเกิดความเสียหาย
• การส่งสัญญาณความผิดพลาด เมื่อกำลังแสงลดลงต่ำกว่าเกณฑ์
• การรายงานของผู้ปฏิบัติงาน สำหรับความยาวของสายยึด ความตึง สถานะมอเตอร์ และสุขภาพทางสายตา

การสื่อสารกับสถานีภาคพื้นดินมักจะทำผ่าน CAN, RS-485 หรือ Ethernet ขึ้นอยู่กับระบบภาคพื้นดินส่วนที่เหลือ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ควรส่งข้อมูลสถานะที่ชัดเจนและใช้งานได้จริง แทนที่จะเป็นสัญญาณรบกวนจากเซ็นเซอร์ เช่น แรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน ปริมาณเส้นใยที่เหลืออยู่ สถานะมอเตอร์ กำลังแสง และสภาวะความผิดปกติที่เกิดขึ้น

เนื่องจากแผงวงจรอยู่ในสภาพแวดล้อมทางกลไฟฟ้าที่มีสัญญาณรบกวนสูง การตรวจสอบด้วยแสงจึงไม่สามารถถือเป็นงานดิจิทัลอย่างเดียวได้ จำเป็นต้องป้องกันสัญญาณรบกวนจากมอเตอร์ขับเคลื่อน สัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ และการปนเปื้อนจากกราวด์ ปัญหาในระดับแผงวงจรเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวทางปฏิบัติที่ใช้ในฮาร์ดแวร์การสื่อสารโดรนที่ปลอดภัยซึ่งความสมบูรณ์ของลิงก์และการจัดการสัญญาณที่เชื่อถือได้เป็นหัวใจสำคัญของความน่าเชื่อถือของระบบ

การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB Layout), การผลิต และการทดสอบการทำงาน

แผงวงจรพิมพ์แบบม้วน (Spool PCB) ผสานรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง อุปกรณ์อนาล็อกความแม่นยำสูง อินเทอร์เฟซตัวเข้ารหัส การวินิจฉัยด้วยแสง และการสื่อสารไว้ในแผงเดียว การผสมผสานเช่นนี้ทำให้การออกแบบเลย์เอาต์มีความสำคัญอย่างยิ่ง เส้นทางการสวิตช์กระแสสูงสุดต้องถูกจำกัดให้อยู่ในพื้นที่แคบๆ ในขณะที่ส่วนหน้าของวงจรอนาล็อก วงจรจับเวลา และตัวตรวจสอบแสงต้องการสภาพแวดล้อมที่สะอาดกว่า

ลำดับความสำคัญของการจัดวางองค์ประกอบหลัก ได้แก่:

• การแบ่งพาร์ติชั่นที่ชัดเจน ระหว่างกำลังมอเตอร์ การควบคุมแบบดิจิทัล และโซนตรวจจับแบบอนาล็อก
• วงจรกระแสสูงระยะสั้น ในส่วนของคนขับประตูและสะพาน
• การอ้างอิงพื้นดินอย่างต่อเนื่อง พร้อมเส้นทางส่งกลับที่ควบคุมได้
• จุดตัดขอบเขตที่ผ่านการกรอง โดยที่สัญญาณเคลื่อนที่ระหว่างบริเวณที่มีเสียงรบกวนและบริเวณที่เงียบสงบ
• การวางตัวเชื่อมต่ออย่างระมัดระวัง สำหรับสายมอเตอร์ สายเซ็นเซอร์ และส่วนติดต่อผู้ใช้งาน

เนื่องจากการสลับมอเตอร์สามารถรบกวนส่วนอนาล็อกและส่วนออปติคอลได้ง่าย แผงวงจรจึงควรปฏิบัติตามหลักการแยกทางกายภาพแบบเดียวกับที่ใช้ใน การออกแบบ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับโดรนที่ป้องกันการรบกวนในระบบที่ทำงานใกล้กับฮาร์ดแวร์ RF หรือระบบนำทางที่มีความไวสูง หลักการ EMC เดียวกันนี้ยังสอดคล้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของโดรนที่ไม่มี GPSซึ่งการหลีกเลี่ยงการรบกวนที่เกิดขึ้นเองเป็นสิ่งสำคัญ

จากมุมมองด้านการผลิต นี่คือแผงวงจรแบบผสมผสานเทคโนโลยี อาจประกอบด้วยอุปกรณ์ SMT ที่มีระยะห่างระหว่างขาแคบ ส่วนประกอบกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ ขั้วต่อที่ทนทาน และส่วนที่ใช้กระแสไฟฟ้าสูงในชุดประกอบเดียวกัน การทดสอบการทำงานควรครอบคลุมมากกว่าแค่การตรวจสอบความต่อเนื่อง ขั้นตอนการทดสอบการผลิตที่สมจริงควรตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้:

• การสลับกระแสไฟฟ้าของมอเตอร์และพฤติกรรมของผู้ขับขี่ภายใต้ภาระ
• ความแม่นยำในการนับของตัวเข้ารหัส
• การตอบสนองการควบคุมความตึงเครียด
• เกณฑ์การตรวจสอบด้วยแสง
• และอุปกรณ์ความปลอดภัยทั้งหมด

Highleap สนับสนุนผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ด้วย กระบวนการ ผลิตและประกอบแผง วงจร ที่เหมาะสมกับการออกแบบแบบผสมผสานทั้งอนาล็อก ดิจิทัล และพลังงาน สำหรับโครงการที่ต้องการการประสานงานด้านการจัดหาและการวางแผนการผลิตเพิ่มเติม กระบวนการทำงานสามารถขยายไปสู่การตรวจสอบทางวิศวกรรมและการสนับสนุนการผลิตอย่างเต็มรูปแบบได้

คำถามที่พบบ่อย

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงนั้นควบคุมอะไรกันแน่?
อุปกรณ์นี้ควบคุมพฤติกรรมของมอเตอร์ม้วนเส้นใย ควบคุมแรงตึงของเส้นใย ติดตามความยาวที่ใช้งาน ตรวจสอบสภาพทางแสง และรายงานสถานะของระบบไปยังสถานีภาคพื้นดิน

เหตุใดการควบคุมแรงตึงจึงยากกว่าการควบคุมมอเตอร์แบบธรรมดา?
เนื่องจากแกนหมุนตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของโดรน การรบกวนจากลม ความยืดหยุ่นของเส้นใย และรัศมีแกนหมุนที่เปลี่ยนแปลงไปแบบเรียลไทม์ บอร์ดจึงต้องรักษาแรงตึงให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยแคบๆ โดยไม่ทำให้เกิดความหย่อนหรือแรงตึงมากเกินไป

แผงวงจรพิมพ์แบบม้วนสามารถตรวจจับการขาดของเส้นใยได้หรือไม่?
ใช่ครับ โดยทั่วไปจะทำได้โดยการตรวจสอบกำลังรับสัญญาณหรือข้อมูลการวินิจฉัยตัวรับส่งสัญญาณ ร่วมกับเกณฑ์การตรวจจับข้อผิดพลาดและการแจ้งเตือนจากผู้ใช้งาน

เหตุใดการจัดวางเลย์เอาต์ PCB จึงมีความสำคัญมากบนแผงวงจรนี้?
เนื่องจากการออกแบบนี้ผสมผสานการสลับมอเตอร์กระแสสูงเข้ากับการตรวจจับแบบอนาล็อกที่มีความแม่นยำสูงและการตรวจสอบด้วยแสง การจัดวางที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวน การอ่านค่าผิดพลาด และพฤติกรรมการควบคุมที่ไม่เสถียร

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับม้วนสายไฟแตกต่างจากแผงวงจรพิมพ์สำหรับรอกหรือดรัมที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่างไร?
แผงวงจรพิมพ์แบบม้วน (Spool PCB) เหมาะสำหรับการจัดการใยแก้วนำแสงที่มีแรงดึงต่ำและตอบสนองรวดเร็วในระบบสายเคเบิลสำหรับโดรน ในขณะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดรัมหรือแบบกว้านมักได้รับการออกแบบมาสำหรับรับน้ำหนักเชิงกลที่สูงกว่าและสภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน แผงวงจรพิมพ์ (PCB) อิเล็กทรอนิกส์ดรัมไฟเบอร์ ใกล้เคียงกับประเภทที่ทนทานกว่า

ขอรับใบเสนอราคา