Разбиране на UART в електронните велосипеди: Как простата серийна комуникация захранва вашето пътуване

В света на електронните и товарните велосипеди комуникацията не е свързана само с Bluetooth или приложения, а и с начина, по който различните компоненти "разговарят" помежду си в превозното средство. Един от най-разпространените и ключови протоколи за комуникация е UART (универсален асинхронен приемник/предавател).

В Regen, ние вярваме, че разбирането на работата на протоколи като UART помага не само на нашите инженери, но и на мениджърите на автопаркове, B2B купувачите и OEM партньорите да вземат по-добри решения - независимо дали интегрирате нов дисплей, отстранявате грешки в контролер или персонализирате собствената си система за товарни велосипеди.

В тази статия ще разгледаме:

• Какво представлява UART и как работи
• Ролята му в електрическите системи на електронните велосипеди
• UART срещу други комуникационни протоколи
• Примери за приложение при електронни и товарни велосипеди
• Ограничения, съображения за безопасност и съответствие

Нека разкодираме този важен, но често пренебрегван протокол за комуникация.

За да научите какво представляват комуникационните протоколи , разгледайте нашия : E-Протоколи за комуникация с велосипеди: Пълно ръководство за инженери и купувачи

Какво е UART (универсален асинхронен приемник/предавател)?

UART означава Универсален асинхронен приемник/предавател - хардуерно базиран протокол за серийна комуникация. Това е един от най-старите и най-прости начини за изпращане и получаване на данни между устройства.

Основни характеристики:

За разлика от по-сложните протоколи като CAN или I²C, UART не се нуждае от тактов сигнал. Вместо това двете устройства се договарят за скорост на предаване на данни (скорост на бита) предварително.

Как работи UART в електрически велосипед

В типичен електронен велосипед или товарен електронен велосипед UART се използва за комуникация от точка до точка между ключови електронни компоненти:

• Контролер на двигателя ↔️ Дисплей
• Система за управление на батерията (BMS) ↔️ Контролер
• Дисплей ↔️ Сензор за дроселовата клапа или PAS
• Bluetooth модул ↔️ Контролер

Ето опростена схема на използване на UART в товарен електромобил с предно зареждане:

Всяка UART връзка обикновено е специализиран - няма споделяне като при автобусите CAN. Тази простота е идеална за вградени системи с по-малко възли и ниски изисквания за мощност.

Защо UART? Основни предимства за системите за електрически велосипеди

Въпреки че съвременните комуникационни протоколи като CAN (Controller Area Network) набират все по-голяма популярност, UART продължава да доминира в проектите на електронни велосипеди от нисък до среден клас - и за това има основателна причина:

✅ Простота и ниска цена

UART не се нуждае от допълнителни тактови линии, сложни интегрални схеми на контролери и минимални софтуерни разходи. Това е идеално за чувствителни към цената модели или минималистични товарни велосипеди.

✅ Съвместимост

Много стари и бюджетни компоненти - особено в двигателите и дисплеите с произход от Азиатско-тихоокеанския регион - по подразбиране използват UART. Това е де факто стандарт в концентраторите и междинните устройства на компании като Bafang (варианти с UART), Ananda и Tongsheng.

✅ Лесно отстраняване на грешки

Можете лесно да "прослушвате" UART линиите с помощта на USB-TTL конвертор и инструменти с отворен код като Сериен монитор или PuTTY - нещо, което не е лесно да се направи с CAN или LIN шини.

UART срещу CAN срещу I²C: бързо сравнение

На практика:

• UART е най-често срещан в потребителските електронни велосипеди и велосипедите за превоз на товари.
• CAN се използва в системите от висок клас или в системите за автопаркове (напр. търговските системи Bosch, Shimano STEPS).
• I²C обикновено се ограничава до комуникация в рамките на PCB.

Случаи на използване на UART в товарни електронни велосипеди: Примери от реалния свят

1. Дисплей ↔️ Контролер

Повечето основни дисплеи за електрически велосипеди - като Bafang 500C, C965 или SW102 - използват UART за предаване на данни за скорост, режим, напрежение на батерията и кодове за грешки. Regen е работила с множество клиенти, за да персонализиране на потребителския интерфейс на дисплея чрез последователности от команди UART.

2. Bluetooth или IoT модул ↔️ Controller

Ако искате да инсталирате дистанционна диагностика или GPS проследяване, много Bluetooth UART модули (напр. HC-05, HM-10) могат да се свържат с контролера чрез TX/RX, което позволява основни команди и отчитане на данни.

3. Тестване и актуализации на фърмуера

UART обикновено се използва за мигане на фърмуера на контролери и дисплеи. По време на тестовете преди изпращане инженерите по качеството на Regen често се свързват с UART порта на контролера, за да регистрират реакциите на двигателя и сензора.

Ограничения и съображения

Въпреки силните си страни, UART има няколко технически ограничения, които трябва да се вземат предвид, особено при големи или товарни електронни велосипеди от търговски клас:

❌ Няма възможност за работа с шина

Не можете да свържете няколко устройства към една и съща линия. Това ограничава мащабируемостта на по-сложни системи с GPS, интелигентни ключалки, системи за осветление и др.

❌ Без корекция на грешките

Основният UART не включва CRC или контролна сума. Ако има шум или загуба на пакети, съобщенията могат да се изкривят. Някои производители добавят собствени методи за контролна сума, но тя не е собствена.

❌ Скоростта на предаване трябва да съвпада

Несъответствието в настройките на скоростта на предаване на данни може да доведе до пълен провал на комуникацията - особено по време на следпродажбени ъпгрейди или подмяна на части.

Съвет от Regen: Винаги потвърждавайте спецификациите на UART, когато сменяте дисплеи или контролери на трети страни - особено при товарни велосипеди с по-дълги кабелни трасета, които са по-податливи на смущения.

Безопасност, съответствие и индустриални стандарти

Въпреки че UART е технически протокол, правилното му прилагане може да повлияе на безопасност и съответствие. Например:

• EN 15194:2017 (стандарт на ЕС за EPAC) се изисква надеждна комуникация и откриване на грешки при подпомагане на захранването.
• Съответствие с изискванията на CE проверка за EMI (електромагнитни смущения), които могат да повлияят на стабилността на UART.
• EN 50604-1:2016 (стандарт за BMS за батерии) препоръчва цифровите комуникационни линии да бъдат екранирани, заземени и правилно терминирани.

Regen следва тези препоръки във всички Конфигурации OEM. При мощни товарни велосипеди, използвани за логистика, често препоръчваме да се модернизират UART кабелите до екранирани варианти и да се използват съединители със заключващи механизми (напр. водоустойчиви щепсели Higo), за да се предотврати случайно изключване.

Кога да изберете UART и кога не

В Regen помагаме на клиентите да избират между UART, CAN и хибридни системи въз основа на техните сценарий на използване, ниво на продуктаи дългосрочна стратегия за поддръжка.

Какво следва? Възходът на хибридната комуникация в електрическите велосипеди

Въпреки че UART остава популярен, наблюдаваме промяна:

• Контролери с два протокола: Някои контролери на Bafang поддържат както UART, така и CAN, което осигурява на производителите на оригинално оборудване гъвкавост при обновяване.
• Интелигентни дисплеи: Устройствата като DP-C245 вече поддържат мостове UART-to-BLE, което позволява интегриране на приложения при запазване на старото окабеляване.
• Емулация на CAN-over-UART: Експерименталните настройки позволяват основно мултиплексиране през UART - идеално за начално ниво на IoT в товарните паркове.

В Regen вече работим с клиенти по Интегрирани в CAN товарни велосипеди с резервен UART - съчетаване на простота и мащабируемост.

Само 20 MOQ велосипеда за начало

Персонализируем велосипед E-Cargo - RS01

Независимо дали сте разрастваща се марка, или квартален магазин, нашите тежки товарни велосипеди са вашият билет за процъфтяващия свят на екологичните доставки. Да се търкаляме!

Заявка за оферта

Окончателни мисли: UART все още захранва всекидневния електрически велосипед

Въпреки възрастта си, UART далеч не е остарял. Той продължава да захранва милиони електронни и товарни велосипеди - от семейни велосипеди за начално ниво до велосипеди за комунални услуги в градове като Берлин и Амстердам.

Разбирането на UART помага на инженерите, купувачите на оригинално оборудване и управителите на автопаркове да:

• Проектиране на по-добри системи
• Избягване на скъпоструващи грешки в съвместимостта
• персонализиране на функциите за техните крайни потребители

Независимо дали изграждате първия си товарен велосипед или управлявате автопарк от 500 велосипеда, Regen е тук, за да ви помогне да изберете правилния комуникационен гръбнак.

Списък с референции

• Bafang Electric. (2024). Ръководства за системата Bafang. https://www.bafang-e.com
• EN 15194:2017. Велосипеди - Велосипеди с електрическо задвижване - EPAC Bicycles. CEN.
• EN 50604-1:2016. Вторични литиеви батерии за леки електрически превозни средства. IEC.
• STMicroelectronics. (2022). Основи на UART комуникацията. https://www.st.com
• TI. (2021). Асинхронна серийна комуникация (UART). Тексас Инструментс.
• Системи Bosch eBike. (2024). Технически преглед: Комуникационни протоколи при електронните велосипеди. Bosch Mobility.