مكونات ADI و Xilinx في أنظمة الروبوتات والطائرات بدون طيار

تعتمد الروبوتات والمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) بشكل كبير على معالجة الإشارات عالية الأداء، والتحكم في الوقت الحقيقي، ومعالجة البيانات في زمن انتقال منخفض. في هذه الأنظمة, FPGAs و ICs ذات الإشارات المختلطة دورًا حاسمًا في تمكين اتخاذ القرار السريع، ودمج أجهزة الاستشعار، والاتصالات الموثوقة.

في LXB Semicon, فإننا نعمل عن كثب مع المهندسين وفرق المشتريات التي تعمل على تطوير الروبوتات الصناعية، والطائرات بدون طيار ذاتية التشغيل، ومنصات الرؤية الآلية، وأنظمة التحكم الذكية. العديد من هذه التطبيقات مبنية حول مكونات من الأجهزة التناظرية و زيلينكس, ، وخاصةً ما ثبتت فعاليته عائلتا Virtex-4 و Virtex-5 FPGA.

تستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في الروبوتات ومنصات الطائرات بدون طيار حيث إمكانية المعالجة المتوازية والتوقيت الحتمي وتسريع الأجهزة مطلوبة.

لماذا تعتبر FPGAs حاسمة في أنظمة الروبوتات والطائرات بدون طيار

بالمقارنة مع المتحكمات الدقيقة التقليدية أو وحدات المعالجة المركزية، توفر أجهزة FPGA العديد من المزايا لمنصات الروبوتات:

1. المعالجة المتوازية في الوقت الحقيقي

تقوم الروبوتات والطائرات بدون طيار بمعالجة مدخلات مستشعرات متعددة في وقت واحد:

  • الكاميرات

  • ليدار

  • مستشعرات IMU

  • الرادار

  • ملاحظات المحرك

تسمح FPGAs للمهندسين بتنفيذ خطوط أنابيب الأجهزة المتوازية, وتقليل وقت الاستجابة بشكل كبير.

2. التحكم الحتمي

تتطلب حلقات التحكم في المحرك وتثبيت الطيران توقيت حتمي على مستوى الميكروثانية, ، وهو أمر تتعامل معه بنيات FPGA بشكل جيد للغاية.

3. تسريع الأجهزة للذكاء الاصطناعي والرؤية

تطبق العديد من منصات الروبوتات خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتطورة أو خوارزميات الرؤية الحاسوبية, مثل:

  • اكتشاف الكائن

  • رسم خرائط SLAM

  • تجنب العقبات

  • التنقل المرئي

يمكن لشرائح FPGA DSP تسريع هذه المهام بكفاءة.

أجهزة Xilinx Virtex FPGA المستخدمة في منصات الروبوتات

العديد من أجهزة FPGA من فيرتكس 4 و Virtex-5 لا تزال العائلات منتشرة على نطاق واسع في تصميمات الروبوتات الصناعية والطائرات بدون طيار.

على سبيل المثال، أجهزة مثل
xc4vvfx100-11ffg151717c و
xc4vsx55-10ffg1148i
توفر مزيجًا قويًا من كثافة منطقية، وموارد DSP، واتصال تسلسلي عالي السرعة, مما يجعلها مناسبة للتحكم في الحركة ومعالجة بيانات المستشعر.

تشمل النماذج الأخرى شائعة الاستخدام:

غالبًا ما يتم نشر هذه الأجهزة في:

  • أذرع روبوتية صناعية

  • وحدات التحكم بالرؤية الآلية

  • أنظمة الملاحة المستقلة

  • الأنظمة الفرعية للتحكم في الطيران بدون طيار

بالنسبة للأنظمة التي تتطلب المزيد من القدرة على المعالجة, ، كثيرًا ما يختار المهندسون أجهزة Virtex-5 FPGA, مثل:

تدمج هذه الأجهزة معالجات PowerPC، وأجهزة الإرسال والاستقبال عالية السرعة، وموارد DSP المتقدمة, مما يجعلها مثالية لتطبيقات مثل:

  • دمج بيانات المستشعرات عالية السرعة

  • معالجة إشارات الرادار في الطائرات بدون طيار

  • معالجة الصور في الوقت الحقيقي

  • تسريع الذكاء الاصطناعي على الحافة

بالنسبة للتصميمات كثيفة الحوسبة، فإن سلسلة Virtex-5 SX, بما في ذلك أجهزة مثل XC5VSSX95T و XC5VSSX240T, تُستخدم أيضًا بشكل متكرر بسبب كثافة شريحة DSP عالية الكثافة, وهو أمر ذو قيمة خاصة لخوارزميات التحكم وأعباء عمل معالجة الإشارات.

دور الأجهزة التناظرية في الروبوتات وإلكترونيات الطائرات بدون طيار

بينما تتعامل FPGAs مع مهام المعالجة عالية السرعة, مكونات الأجهزة التناظرية توفير الاستشعار الدقيق وتحويل الإشارات التي تتطلبها منصات الروبوتات.

تشمل أجهزة ADI النموذجية المستخدمة جنبًا إلى جنب مع بنيات FPGA ما يلي:

  • دقة عالية مستشعرات IMU

  • محولات البيانات (ADC/DAC)

  • أجهزة إرسال واستقبال الترددات اللاسلكية

  • الدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة

  • برامج تشغيل التحكم في المحركات

تتيح هذه المكونات الحصول على بيانات موثوقة من:

  • أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي

  • الكاميرات

  • مستشعرات الرادار

  • حلقات التغذية الراجعة الحركية

من خلال الجمع بين دقة ADI التناظرية مع Xilinx FPGA القدرة على المعالجة, ، يمكن للمهندسين بناء أنظمة روبوتية عالية الأداء ذات زمن استجابة منخفض للغاية وموثوقية عالية.

بنية نظام الروبوتات والطائرات بدون طيار النموذجية

قد تتضمن بنية التحكم في الروبوتات المبسطة ما يلي:

طبقة الاستشعار

  • وحدة IMU (ADI)

  • كاميرات الرؤية

  • ليدار

  • الرادار

طبقة المعالجة

  • Virtex-4/ Virtex-5 FPGA

  • خطوط أنابيب DSP في الوقت الحقيقي

  • تسريع الذكاء الاصطناعي للأجهزة

طبقة التحكم

  • خوارزميات التحكم في المحرك

  • منطق استقرار الطيران

  • مراقبة السلامة

طبقة الاتصالات

  • واجهات تسلسلية عالية السرعة

  • إيثرنت

  • القياس عن بُعد اللاسلكي

تسمح هذه البنية لمنصات الروبوتات بأداء اتخاذ قرارات معقدة في غضون أجزاء من الثانية.

توريد المكونات والدعم الهندسي

في LXB Semicon, نحن ندعم مصنِّعي الروبوتات، وشركات تكامل الأنظمة، ومهندسي التصميم مع مصادر موثوق بها لمكونات FPGA والمكونات التناظرية المستخدمة في الأتمتة الصناعية وتطوير الطائرات بدون طيار.

كثيراً ما يتضمن مخزوننا المتوفر لدينا أجهزة مثل

  • سلسلة Virtex-4 LX / SX / FX

  • سلسلة Virtex-5 FX وSX

  • مكونات تناظرية عالية الأداء من ADI

يستمر استخدام هذه المكونات في العديد من منصات صناعية طويلة العمر الافتراضي, حيث يعد الحفاظ على التوافق مع تصميمات الأجهزة الحالية أمرًا ضروريًا.

✔ الخاتمة

مع استمرار تطور تكنولوجيا الروبوتات والطائرات بدون طيار, معالجة البيانات في الوقت الحقيقي وتكامل أجهزة الاستشعار ستظل التحديات الرئيسية. الجمع بين قوة معالجة الإشارات الخاصة ب Xilinx FPGAs مع التكنولوجيا التناظرية الدقيقة للأجهزة التناظرية يوفر بنية مثبتة لبناء أنظمة مستقلة موثوقة وموثوقة.

مع توافر المكونات الواسعة والخبرة الواسعة في المجال, LXB Semicon مساعدة الفرق الهندسية في الحفاظ على منصات الروبوتات وتوسيع نطاقها باستخدام حلول أشباه الموصلات الموثوقة.

أحدث كيف يحصل المهندسون والمشترون على مصادر Virtex-5 FPGAs
العودة إلى القائمة
الأقدم توفر LXB Semicon في المخزون من Xilinx Virtex-5 SX FPGAs