UART:n ymmärtäminen sähköpyörissä: Kuinka yksinkertainen sarjaliikenne antaa voimaa ajamiseen?

E-pyörien ja tavarapyörien maailmassa kommunikointi ei koske vain Bluetoothia tai sovelluksia, vaan sitä, miten eri komponentit "keskustelevat" keskenään ajoneuvon sisällä. Yksi yleisimmistä ja keskeisimmistä viestintäprotokollista on UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, yleinen asynkroninen vastaanotin/lähetin).

Klo Regenuskomme, että UART:n kaltaisten protokollien toiminnan ymmärtäminen auttaa paitsi insinöörejämme myös kalustopäälliköitä, B2B-ostajia ja OEM-kumppaneita tekemään parempia päätöksiä - olipa kyse sitten uuden näytön integroinnista, ohjaimen virheenkorjauksesta tai oman kuormapyöräjärjestelmän räätälöinnistä.

Tässä artikkelissa selvitämme:

• Mikä UART on ja miten se toimii
• Sen rooli sähköpyörän sähköjärjestelmissä
• UART vs. muut viestintäprotokollat
• Sovellusesimerkkejä sähkö- ja tavarapyöristä
• Rajoitukset, turvallisuusnäkökohdat ja vaatimustenmukaisuus

Puretaanpa tämä olennainen, mutta usein unohdettu viestintäprotokolla.

Jos haluat tietää, mikä on viestintäprotokollat , tutustu : E-Pyöräilyn viestintäprotokollat: A Complete Guide for Engineers and Buyers (Täydellinen opas insinööreille ja ostajille)

Mikä on UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, yleinen asynkroninen vastaanotin/lähetin)?

UART tarkoittaa Universaali asynkroninen vastaanotin/lähetin - laitteistopohjainen protokolla sarjaliikennettä varten. Se on yksi vanhimmista ja yksinkertaisimmista tavoista lähettää ja vastaanottaa tietoja laitteiden välillä.

Tärkeimmät ominaisuudet:

Toisin kuin monimutkaisemmat protokollat, kuten CAN tai I²C, UART ei tarvitse kellosignaalia. Sen sijaan molemmat laitteet sopivat baudinopeus (bittinopeus) etukäteen.

Miten UART toimii sähköpyörän sisällä

Tyypillisessä sähköpyörässä tai sähkökäyttöisessä lastipyörässä UART:ia käytetään seuraaviin tarkoituksiin point-to-point-viestintä tärkeimpien elektronisten komponenttien välillä:

• Moottoriohjain ↔️ Näyttö
• Akunhallintajärjestelmä (BMS) ↔️ Controller
• Näyttö ↔️ Kaasu- tai PAS-anturi
• Bluetooth-moduuli ↔️ Controller

Tässä on yksinkertaistettu kaavio UARTin käytöstä etukuormaajassa olevassa sähköpyörässä:

Kukin UART-yhteys on yleensä oma - ei jakamista kuten CAN-busseissa. Tämä yksinkertaisuus on ihanteellinen sulautetuissa järjestelmissä, joissa on vähemmän solmuja ja alhaiset tehovaatimukset.

Miksi UART? Tärkeimmät edut sähköpyöräjärjestelmissä

Vaikka nykyaikaiset viestintäprotokollat, kuten CAN (Controller Area Network), ovat yleistymässä, UART on edelleen hallitseva tekijä matalan ja keskitason sähköpyörämalleissa - ja hyvästä syystä:

✅ Yksinkertaisuus ja edullisuus

UART ei tarvitse ylimääräisiä kellojohtoja, ei monimutkaisia ohjainyksiköitä ja vain vähän ohjelmistokustannuksia. Tämä sopii täydellisesti kustannustehokkaisiin malleihin tai minimalistisiin lastipyöriin.

✅ Yhteensopivuus

Monissa vanhoissa ja budjettiystävällisissä komponenteissa - erityisesti Aasian ja Tyynenmeren alueelta peräisin olevissa moottoreissa ja näytöissä - käytetään oletusarvoisesti UART:ia. Se on de facto-standardi Bafangin (UART-muunnokset), Anandan ja Tongshengin kaltaisten yritysten navoissa ja keskijohdoissa.

✅ Helppo virheenkorjaus

Voit helposti "kuunnella" UART-linjoja USB-TTL-muuntimella ja avoimen lähdekoodin työkaluilla kuten Sarjamonitori tai PuTTY - mikä ei ole helppoa CAN- tai LIN-väylillä.

UART vs CAN vs I²C: nopea vertailu

Käytännössä:

• UART on yleisimmin käytössä kuluttajatason sähköpyörissä ja tavarapyörissä.
• CAN-järjestelmää käytetään korkealuokkaisissa järjestelmissä (esim. Bosch, Shimano STEPS kaupalliset järjestelmät).
• I²C rajoittuu yleensä piirilevyn sisäiseen tiedonsiirtoon.

UART-käyttötilanteet tavaraliikenteen sähköpyörissä: Esimerkkejä todellisesta maailmasta

1. Näyttö ↔️ Controller

Useimmat sähköpyörän perusnäytöt - kuten Bafang 500C, C965 tai SW102 - käyttävät UARTia nopeuden, tilan, akun jännitteen ja virhekoodien välittämiseen. Regen on työskennellyt useiden asiakkaiden kanssa seuraavien asioiden parissa mukauttaa näytön käyttöliittymää UART-komentosekvenssien avulla.

2. Bluetooth- tai IoT-moduuli ↔️ Controller

Jos haluat jälkiasentaa etädiagnostiikan tai GPS-seurannan, monet Bluetooth UART -moduulit (esim. HC-05, HM-10) voivat olla yhteydessä ohjaimeen TX/RX:n kautta, mikä mahdollistaa peruskäskyt ja tietojen raportoinnin.

3. Testaus ja laiteohjelmistopäivitykset

UARTia käytetään yleisesti firmwaren vilkkuminen ohjaimet ja näytöt. Lähetystä edeltävän testauksen aikana Regen:n laadunvarmistusinsinöörit kytkeytyvät usein ohjaimen UART-porttiin ja kirjaavat moottorin ja anturin vasteet.

Rajoitukset ja näkökohdat

Vahvuuksistaan huolimatta UART:lla on useita teknisiä rajoituksia, jotka on otettava huomioon erityisesti suurissa tai kaupallisissa tavarankuljetukseen tarkoitetuissa sähköpyörissä:

❌ Ei väyläominaisuuksia

Et voi yhdistää useita laitteita samaan linjaan. Tämä rajoittaa skaalautuvuutta monimutkaisemmissa järjestelmissä, joissa on GPS, älylukot, valaistusjärjestelmät jne.

❌ Ei virheenkorjausta

Basic UART ei sisällä CRC:tä tai tarkistussummaa. Jos on kohinaa tai pakettihäviöitä, viestit saattavat mennä sekaisin. Jotkut toimittajat lisäävät omia tarkistussummamenetelmiä, mutta ne eivät ole natiiveja.

❌ Baudinopeuden on vastattava

Epäsuhtaiset baudinopeusasetukset voivat johtaa täydelliseen tiedonsiirtohäiriöön - erityisesti jälkimarkkinapäivitysten tai osien vaihtojen yhteydessä.

Vihje Regen:ltä: Varmista aina UART-ominaisuudet, kun vaihdat kolmannen osapuolen näyttöjä tai ohjaimia - erityisesti lastipyörissä, joissa on pidemmät kaapelit, jotka ovat alttiimpia häiriöille.

Turvallisuus, vaatimustenmukaisuus ja alan standardit

Vaikka UART on tekninen protokolla, sen oikea toteutus voi vaikuttaa seuraaviin seikkoihin. turvallisuus ja vaatimustenmukaisuus. Esimerkiksi:

• EN 15194:2017 (EU:n EPAC-standardi) edellyttävät luotettavaa tehoavusteista tiedonsiirtoa ja virhetunnistusta.
• CE-vaatimustenmukaisuus tarkistaa EMI:n (sähkömagneettiset häiriöt), jotka voivat vaikuttaa UART:n vakauteen.
• EN 50604-1:2016 (akun BMS-standardi) suosittelee, että digitaaliset tiedonsiirtolinjat suojataan, maadoitetaan ja päätetään asianmukaisesti.

Regen noudattaa näitä suosituksia kaikissa OEM-kokoonpanot. Logistiikassa käytettävissä suuritehoisissa tavarapyörissä suosittelemme usein UART-kaapeleiden päivittämistä suojattuihin versioihin ja käyttämään liittimet, joissa on lukitusmekanismi (esim. Higon vedenpitävät pistokkeet) vahingossa tapahtuvien irrotusten estämiseksi.

Milloin UART kannattaa valita - ja milloin ei

Me Regen:ssä autamme asiakkaitamme päättämään UART-, CAN- ja hybridijärjestelmien väliltä niiden perusteella. käyttöskenaario, tuotetaso, ja pitkän aikavälin ylläpitostrategia.

Mitä seuraavaksi? Hybridiviestinnän nousu sähköpyörissä

Vaikka UART on edelleen suosittu, on nähtävissä muutos:

• Kahden protokollan ohjaimet: Jotkin Bafang-ohjaimet tukevat sekä UART- että CAN-yhteyttä, mikä antaa OEM-valmistajille joustavuutta päivitysten aikana.
• Älykkäät näytöt: DP-C245:n kaltaiset yksiköt tukevat nyt UART-to-BLE-siltoja, jotka mahdollistavat sovellusten integroinnin säilyttäen perinteiset johdotukset.
• CAN-over-UART-emulointi: Kokeelliset asetukset mahdollistavat perusmonitulkkauksen UART:n kautta - ihanteellinen lähtötason IoT:lle rahtilaivastoissa.

Regen:ssä työskentelemme jo asiakkaiden kanssa seuraavissa asioissa CAN-integroidut lastipyörät, joissa on UART-varajärjestelmä - yhdistämällä yksinkertaisuus ja skaalautuvuus.

Vain 20 MOQ-pyörää aloitettavaksi

Mukautettava E-Cargo-pyörä - RS01

Olitpa sitten kasvava tuotemerkki tai lähikauppa, raskaat kuormapyörämme ovat pääsylippusi ympäristöystävällisen toimituksen kasvavaan maailmaan. Lähdetään liikkeelle!

Pyydä tarjous

Lopulliset ajatukset: UART on edelleen arkipäiväisen sähköpyörän voimanlähde

Iästään huolimatta, UART ei ole suinkaan vanhentunut. Se toimii edelleen miljoonien sähkö- ja tavarapyörien voimanlähteenä - perheen työmatkapyöristä aina Berliinin ja Amsterdamin kaltaisten kaupunkien hyötypyöriin.

UART:n ymmärtäminen auttaa insinöörejä, OEM-ostajia ja autokannan johtajia:

• Parempien järjestelmien suunnittelu
• Vältä kalliit yhteensopivuusvirheet
• Räätälöivät ominaisuuksia loppukäyttäjilleen

Olitpa sitten rakentamassa ensimmäistä tavarapyörääsi tai hallinnoimassa 500 pyörän laivastoa, Regen auttaa sinua valitsemaan oikean viestintäverkon.

Viiteluettelo

• Bafang Electric. (2024). Bafang-järjestelmän käsikirjat. https://www.bafang-e.com
• EN 15194:2017. Polkupyörät - Sähköavusteiset polkupyörät - EPAC Bicycles. CEN.
• EN 50604-1:2016. Toissijaiset litiumakut kevyitä sähköautoja varten. IEC.
• STMicroelectronics. (2022). UART-viestinnän perusteet. https://www.st.com
• TI. (2021). Asynkroninen sarjaliikenne (UART). Texas Instruments.
• Bosch eBike Systems. (2024). Tekninen yleiskatsaus: Tietoliikenneprotokollat sähköpyörissä. Bosch Mobility.