As placas de suporte proporcionam a base elétrica e mecânica para a integração de módulos de computação, controladores de voo, sensores, equipamento de comunicações, armazenamento e periféricos em drones e sistemas não tripulados. Os projetos incluem placas de suporte Jetson para IA e visão na periferia, plataformas COM Express e COM-HPC para computação modular de missão e placas de suporte Pixhawk ou Cube para integração de controlo de voo.
Esta categoria apresenta fornecedores de placas de suporte que oferecem configurações compactas, robustas, prontas a utilizar e personalizadas.
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As placas portadoras proporcionam a base física e elétrica para a integração de módulos de processamento, controladores de voo, sensores, hardware de comunicações, armazenamento e outros periféricos em drones e plataformas autónomas. Estas expõem as interfaces de um computador em módulo ou de um piloto automático, ao mesmo tempo que adicionam condicionamento de energia específico para a aplicação, conectores, interfaces de expansão e componentes eletrónicos de suporte.
Para os projetistas de UAV, a placa de suporte adequada pode simplificar a integração da aviónica, reduzindo simultaneamente o cabeamento, o número de placas, o tamanho e o peso. Os projetos variam desde plataformas de desenvolvimento até placas de suporte compactas, robustas e prontas a ser implementadas, concebidas em função de módulos de computação específicos, pilotos automáticos, cargas úteis, orçamentos de energia, limites térmicos e requisitos ambientais.
Uma placa portadora Jetson liga um módulo de computação NVIDIA Jetson a câmaras, redes, armazenamento, sensores e sistemas de veículos. Os projetos das placas portadoras NVIDIA Jetson são particularmente relevantes para IA de perifeira, visão computacional, navegação autónoma, mapeamento e processamento multissensor. As placas Jetson podem suportar módulos como o Jetson Orin Nano, Orin NX, AGX Orin e plataformas anteriores, tais como o Xavier NX. A compatibilidade deve ter em conta a disposição dos pinos do módulo, a alocação de vias de alta velocidade, os requisitos de alimentação e térmicos, bem como a configuração de software específica da placa de suporte.
Uma placa portadora COM Express fornece E/S e alimentação específicas para a aplicação em torno de um módulo de computação COM Express padronizado. A arquitetura separa o processador, a memória e as funções centrais de computação da placa portadora, permitindo que os desenvolvedores de UAV e sistemas robóticos personalizem a rede, o armazenamento, as interfaces seriais, a expansão e a integração mecânica. O tipo de módulo, o tamanho, a disposição dos pinos, a sequência de alimentação e a implementação da placa de suporte devem permanecer compatíveis.
Placa portadora EDU450, da CubePilot.
Uma placa portadora COM-HPC suporta a computação modular de alto desempenho, onde são necessários grandes conjuntos de dados de sensores, processamento acelerado ou redes de elevada largura de banda. A arquitetura alarga a abordagem «computador num módulo» a configurações de processamento exigentes e pode suportar computadores de missão avançados, sistemas de autonomia e plataformas de computação de ponta. Uma maior largura de banda e potência tornam o arrefecimento, o fornecimento de energia e a integridade do sinal especialmente importantes.
As placas portadoras de IA incorporada estão otimizadas para processadores, GPUs, NPUs, FPGAs ou outros aceleradores utilizados para inferência a bordo. Podem combinar entradas de câmara de alta velocidade, expansão PCIe, armazenamento NVMe, Ethernet, sinais de sincronização e recursos de gestão térmica para suportar localmente cargas de trabalho de perceção e IA.
Uma placa de suporte Pixhawk fornece as interfaces elétricas necessárias para integrar um piloto automático compatível com o resto de uma aeronave não tripulada. Dependendo do projeto, as interfaces podem incluir alimentação, GNSS, telemetria, CAN, RC, saídas de servo, controlo de carga útil e outras ligações de aviónica. Os projetos que utilizam o Pixhawk Autopilot Bus (PAB) podem proporcionar interoperabilidade elétrica e mecânica entre módulos de controlador de voo compatíveis e placas-base.
As placas de suporte CubePilot Cube desempenham um papel de integração semelhante para módulos de piloto automático no formato Cube. As configurações padrão, da placa de suporte Cube Mini e personalizadas podem disponibilizar diferentes combinações de alimentação e conectividade periférica. Os projetos das placas de suporte Cube Orange e Cube Orange Mini também podem responder aos requisitos mecânicos e de E/S de sistemas de controlo de voo específicos baseados no formato Cube.
As placas de suporte estão disponíveis em configurações otimizadas para diferentes fases de desenvolvimento e diferentes restrições das plataformas não tripuladas.
A configuração adequada depende do módulo de computação, da maturidade do sistema e dos requisitos operacionais.
As placas de suporte podem consolidar a alimentação e a conectividade do controlador de voo, ao mesmo tempo que fornecem interfaces para motores, atuadores, recetores GNSS, rádios de telemetria, sistemas de dados aéreos e controladores de carga útil. As arquiteturas das placas de suporte Pixhawk e Cube são exemplos da abordagem modular utilizada para simplificar a integração da aviónica em UAV.
Uma placa portadora ADS-B ou uma configuração de placa portadora de aviónica pode fornecer a alimentação, as interfaces de dados e a montagem necessárias para incorporar equipamento ADS-B compatível num UAV. Os requisitos de integração dependem do facto de o hardware ligado fornecer receção de tráfego, funções de vigilância ou outras capacidades de consciência do espaço aéreo.
As placas de suporte podem fornecer interfaces seriais, CAN, Ethernet ou de alimentação dedicada para hardware de identificação remota. A integração destas ligações na eletrónica da aeronave pode reduzir a cablagem separada, permitindo simultaneamente que o subsistema de identificação remota troque os dados necessários com equipamento de controlo de voo ou de navegação compatível.
Placa de suporte laranja em forma de cubo, PowerCube One, da NW Blue.
Os recetores GNSS, as IMUs, os magnetómetros e os sistemas de navegação integrados podem ligar-se através de interfaces seriais, CAN, USB, Ethernet ou outras. Um projeto eficaz da placa portadora tem também em conta a integridade da alimentação, a interferência eletromagnética, a ligação à terra, as entradas de temporização, tais como sinais de pulso por segundo, e a separação física dos componentes eletrónicos geradores de ruído.
Os rádios de telemetria, os modems celulares, os terminais de satélite e outros sistemas de comunicação requerem interfaces de dados adequadas e alimentação estável. Uma placa de suporte pode centralizar estas ligações e fornecer conversão de nível, filtragem, soquetes de expansão ou interfaces de rede, sempre que necessário.
Câmaras EO/IR, LiDAR, radares, instrumentos multiespectrais, cargas úteis de mapeamento e sensores especializados podem requerer interfaces elétricas muito diferentes. As placas portadoras podem ligar estas cargas úteis ao computador de missão, ao mesmo tempo que suportam a sincronização, sinais de disparo, transferência de dados a alta velocidade e linhas de alimentação dedicadas.
Os computadores de missão utilizam placas portadoras para combinar o processamento a bordo com dados de sensores, armazenamento, redes e controlo de voo. As placas portadoras com IA incorporada são particularmente relevantes nos casos em que os UAV têm de realizar localmente funções de visão computacional, deteção de objetos, fusão de sensores, navegação ou outras funções autónomas.
A seleção da interface da placa portadora deve ter em conta as taxas de dados necessárias, a compatibilidade com periféricos, os comprimentos dos cabos, os níveis de tensão, a atribuição de vias, o ambiente elétrico e as necessidades de expansão da aeronave.
| Interface | Função típica da placa portadora |
| Ethernet e redes de alta velocidade | Câmaras, LiDAR, redes de missão, cargas úteis e ligações entre sistemas de computação |
| PCI Express | Aceleradores de elevada largura de banda, dispositivos de rede e hardware de expansão |
| USB | Câmaras, modems, armazenamento, dispositivos de configuração e periféricos em geral |
| MIPI CSI-2 e ligações de câmara serializadas | Conectividade direta ou remota de câmaras e sensores de visão de elevada largura de banda |
| CAN, CAN FD e DroneCAN | Aviônica distribuída, ESCs, sensores, dispositivos GNSS e outros nós CAN |
| UART e interfaces seriais | GNSS, telemetria, piloto automático, carga útil e comunicações periféricas |
| RS-232, RS-422 e RS-485 | Dispositivos seriais antigos, industriais, de longa distância e diferenciais |
| I2C e SPI | Sensores ao nível da placa, circuitos integrados periféricos e comunicações de dispositivos de nível inferior |
| GPIO e PWM | Controlo discreto, disparadores, linhas de estado, servos e sinais específicos da aplicação |
| Expansão M.2 e Mini PCIe | Módulos de comunicação, armazenamento, redes e expansões especializadas |
| Armazenamento SATA e NVMe | Armazenamento de dados integrado de alta capacidade ou elevado débito |
A combinação de interfaces deve corresponder aos sensores, ao hardware de controlo de voo, às cargas úteis e à arquitetura de computação, em vez de maximizar o número de conectores.
As placas portadoras destinadas a aplicações aeroespaciais, de defesa e outras aplicações de elevada fiabilidade podem ter de cumprir requisitos ambientais, eletromagnéticos, de fabrico e de materiais, tanto ao nível da placa como do sistema.
Os requisitos aplicáveis dependem do ambiente operacional, das especificações do cliente, dos requisitos de produção e dos mercados nos quais o sistema acabado será implementado.
O desenvolvimento de placas de suporte é cada vez mais moldado por uma computação de ponta mais potente e pela transferência de funções de autonomia para o próprio veículo.
Estes desenvolvimentos suportam arquiteturas de computação cada vez mais compactas, modulares e facilmente implementáveis para drones e outros sistemas não tripulados.
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