Lösung

APQ AK7 Modularer Hochleistungs-Cartridge-Controller in einer mobilen UAV-Dock-Anwendung

Eine mobile UAV-Dockingstation ist eine intelligente Plattform, die UAV-Lagerung, automatischen Start und Landung, Akkuwechsel und Datenübertragung integriert. Sie wird typischerweise in Einsatzleitwagen, Feldoperationskabinen oder temporären Start- und Landeplätzen eingesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen, fest installierten Dockingstationen müssen mobile Dockingstationen mit beengten Platzverhältnissen, instabiler Stromversorgung und häufigen Vibrationen während Transport und Standortwechsel zurechtkommen.

Nach mehreren Runden der Modellauswahl und strengen Validierungstests entschied sich der Kunde schließlich für die modulare Hochleistungs-Controller-Serie APQ AK7 im Cartridge-Design als zentrale Steuerungsplattform für seine mobile UAV-Dockingstation der neuen Generation.

Herausforderung für den Kunden

Extrem kompakte Platzverhältnisse:Die mobile Dockingstation muss in ein Einsatzleitfahrzeug oder eine mobile Kabine integriert werden, wo der Platz extrem begrenzt ist. Die Steuereinheit muss daher ultrakompakt sein, um flexibel in beengten Räumen eingesetzt werden zu können.
Anforderungen an Desktop-Computer:Die Dockingstation muss gleichzeitig die UAV-Planung und -Verwaltung, die Statusüberwachung der Dockingstation, die Datenspeicherung und die Datenübertragung übernehmen. Der Controller benötigt daher eine Rechenleistung auf Desktop-Niveau.
Umfangreiche Schnittstellenerweiterungsmöglichkeiten:Das System muss gleichzeitig mit der Dockingstation, dem Roboterarm-Controller, Umweltsensoren (Windgeschwindigkeit/Temperatur/Luftfeuchtigkeit), Videoüberwachung, Kommunikationsmodulen und weiteren Geräten verbunden sein. Der Controller muss daher über ausreichend USB-, serielle und Netzwerkschnittstellen verfügen und gleichzeitig eine flexible Erweiterung von GPIO, CAN und anderen Funktionen ermöglichen.
Anforderungen an die Mehrfachanzeige und das Debugging:Bei Feldeinsätzen müssen Bedienfeld und Überwachungsdisplay oft gleichzeitig angeschlossen werden, was mehrere unabhängige Displayausgänge erfordert.
Anpassungsfähigkeit an raue mobile Umgebungen:Die mobile Dockingstation ist während Transport und Standortwechsel kontinuierlichen Vibrationen sowie großen Umgebungstemperaturschwankungen ausgesetzt. Die Steuerung muss daher höchste Zuverlässigkeit gewährleisten, einschließlich Betrieb in einem breiten Temperaturbereich und robuster Vibrations- und Stoßfestigkeit.

APQ-Lösung

Desktop-Prozessor für effizientes Multitasking:Eine mobile UAV-Dockingstation muss gleichzeitig UAV-Planung und -Management, Statusüberwachung der Dockingstation, Datenspeicherung und Datenübertragung gewährleisten. Die AK7-Serie ist mit Intel® Core™ i3/i5/i7 Desktop-Prozessoren der 6. bis 9. Generation mit einer TDP von bis zu 65 W ausgestattet. Sie verfügt über zwei DDR4 SO-DIMM-Speichersteckplätze mit Dual-Channel-Unterstützung für bis zu 64 GB. Die hohe Rechenleistung auf Desktop-Niveau ermöglicht die reibungslose parallele Ausführung von UAV-Planung, Dockingstationssteuerung und Datenspeicherung und erfüllt somit die hohen Zuverlässigkeitsanforderungen unbeaufsichtigter Feldeinsätze.
Dreifache Displayausgänge für die Überwachung mehrerer Bildschirme:Im Feldeinsatz müssen Bediener in der Regel gleichzeitig den Status der Dockingstation und das Live-Video der Drohne im Blick behalten. Die AK7-Serie verfügt über eine integrierte Intel-Grafikkarte und drei unabhängige Display-Ausgänge – HDMI, DP und VGA – wobei die DP-Schnittstelle Auflösungen bis zu 4K unterstützt. Bis zu drei Anzeigegeräte können gleichzeitig angeschlossen werden, was die Koordination mehrerer Bildschirme für die Steuerung der Dockingstation, das Drohnenvideo und die Statusüberwachung ermöglicht und die Effizienz und Visualisierung im Feldeinsatz deutlich verbessert.
Modulare Erweiterung im Cartridge-Stil für bedarfsgerechte E/A-Anpassung:Die Erweiterbarkeit ist eine der Kernstärken der AK7-Serie. Sie unterstützt mehrere APQ-Erweiterungskassetten, die je nach den unterschiedlichen Anforderungen mobiler UAV-Dockingstationen ausgewählt werden können. Durch die Wahl verschiedener Kassetten lässt sich das System flexibel mit dem Roboterarm-Controller der Dockingstation, Umweltsensoren, CAN-Kommunikationsgeräten und anderen Peripheriegeräten verbinden, ohne dass der gesamte Controller ausgetauscht werden muss. Ein integrierter M.2 Key-M-Steckplatz unterstützt sowohl NVMe- als auch SATA-SSDs, während zwei Mini-PCIe-Steckplätze (einer davon mit SIM-Kartensteckplatz) die Erweiterung um Wi-Fi-, 4G-, CAN- und andere Module ermöglichen.
Umfangreiche Schnittstellen für die Verbindung mehrerer Geräte:Die Vorderseite bietet sechs USB-Anschlüsse für den gleichzeitigen Anschluss von Peripheriegeräten wie der Dockingstation-Roboterarmsteuerung, Umweltsensoren und Kommunikationsmodulen. Zwei Intel Gigabit-LAN-Anschlüsse sind vorhanden – einer für die interne Datenkommunikation der Dockingstation und der andere für die Datenübertragung an UAVs oder für Fernwartung und -betrieb. Zwei serielle RS232/485-Schnittstellen gewährleisten eine stabile Verbindung für Umweltüberwachungsgeräte wie Windgeschwindigkeits- und Temperatur-/Feuchtigkeitssensoren. Ein integrierter USB-2.0-Typ-A-Anschluss ermöglicht den direkten Anschluss von Lizenzdongles und anderen Autorisierungsgeräten.
Ultrakompaktes Gehäuse für die Integration in beengten Räumen:Die AK7-Serie misst lediglich 53 mm × 145 mm × 186,4 mm und kombiniert einen Vollaluminium-Kühlkörper mit oberen und unteren Abdeckungen aus verzinktem Stahl. Sie unterstützt drei Montagearten: Wandmontage, DIN-Schienenmontage und Tischmontage. Ihr ultrakompaktes Gehäuse ermöglicht den flexiblen Einsatz in beengten Umgebungen wie Einsatzleitwagen und Feldkabinen und schafft so zusätzlichen Platz für Funktionsmodule wie Akkus und Kommunikationsgeräte.
Breiter Temperaturbereich und vibrationsbeständiges Design für den mobilen Einsatz:Die AK7-Serie nutzt eine PWM-gesteuerte, intelligente Aktivlüfterkühlung und unterstützt einen Weitbereichs-Eingangsspannungsbereich von 12–28 V DC (24 V DC sind für die Lichtsteuerung oder PoE-Funktion erforderlich). Sie ist für einen Betriebstemperaturbereich von -20 bis 60 °C und einen Lagertemperaturbereich von -40 bis 80 °C ausgelegt und hat Vibrationstests mit 3 Grms und Stoßtests mit 30 G bestanden. Dies gewährleistet einen langfristig stabilen Betrieb auch unter vibrationsintensiven Bedingungen wie dem Transport in mobilen Docks und dem Einsatz im Feld. Die Unterseite verfügt über einen AT/ATX-Modus-Wahlschalter, eine Reset-Taste und eine Systemwiederherstellungstaste. Dadurch sind Systemwartung und BIOS-Wiederherstellung ohne Demontage des Geräts möglich, was den Service vor Ort erheblich vereinfacht.

Wertvolle Errungenschaften:

Effizientes paralleles Multitasking:Hochleistungsprozessoren der Desktop-Klasse in Kombination mit bis zu 64 GB Arbeitsspeicher gewährleisten einen stabilen und reibungslosen Betrieb der UAV-Planung und -Verwaltung, der Überwachung des Dockingstationsstatus, der Datenspeicherung und der Datenübertragung und erfüllen damit die hohen Zuverlässigkeitsanforderungen des unbeaufsichtigten Feldeinsatzes.
Die Überwachung mehrerer Bildschirme verbessert die Betriebseffizienz:Drei unabhängige Displayausgänge – HDMI + DP + VGA – ermöglichen die Koordination mehrerer Bildschirme für die Steuerung der Dockingstation, das UAV-Video und die Statusüberwachung. Dadurch können die Bediener vor Ort gleichzeitig auf umfassende Informationen zugreifen, was die Effizienz und Visualisierung deutlich verbessert.
Die Erweiterung im Cartridge-Stil ermöglicht die Nutzung auf einer einzigen Plattform für mehrere Anwendungen:Durch den Austausch der APQ-Erweiterungskassetten lässt sich der Controller flexibel an verschiedene I/O-Konfigurationen anpassen – von der Mehrkanal-GPIO-Geräteüberwachung bis hin zur CAN-Bus-Kommunikation. Eine einzige Hardwareplattform in Kombination mit verschiedenen Kassetten deckt die Steuerungsanforderungen mehrerer mobiler Dockingstationsmodelle ab und reduziert so die Produktentwicklungs- und Lagerkosten erheblich.
Kompakte Bauweise spart wertvollen mobilen Speicherplatz:Das ultrakompakte 53 mm × 145 mm × 186,4 mm Chassis lässt sich zusammen mit Wand- und DIN-Schienen-Montageoptionen flexibel in beengte Räume wie Einsatzleitwagen und Feldeinsatzkabinen integrieren und schafft so zusätzlichen Platz für Kommunikationsgeräte, Akkus und andere Funktionsmodule.
Stabiler Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen:Der Betrieb in einem breiten Temperaturbereich von -20 bis 60 °C, die Vibrationsfestigkeit bis 3 G, die Stoßfestigkeit bis 30 G und der Weitbereichs-Gleichstromeingang von 12-28 V gewährleisten einen langfristig stabilen Betrieb während Transport, Standortwechsel und Feldeinsatz mit großen Temperaturschwankungen.
Effiziente Feldwartung:Der AT/ATX-Wahlschalter, die Reset-Taste und die Systemwiederherstellungstaste an der Unterseite ermöglichen die Systemwartung ohne Demontage, wodurch die Kosten für den Kundendienst und die Reaktionszeiten an abgelegenen Standorten deutlich reduziert werden.