Capire l'UART nelle biciclette elettriche: Come la semplice comunicazione seriale alimenta la vostra bicicletta

Nel mondo delle e-bike e delle cargo bike, la comunicazione non riguarda solo il Bluetooth o le app, ma anche il modo in cui i diversi componenti "parlano" tra loro all'interno del veicolo. Uno dei protocolli di comunicazione più comuni e cruciali è il UART (ricevitore/trasmettitore asincrono universale).

A RegenCrediamo che la comprensione del funzionamento di protocolli come l'UART aiuti non solo i nostri ingegneri, ma anche i gestori di flotte, gli acquirenti B2B e i partner OEM a prendere decisioni migliori, sia che si tratti di integrare un nuovo display, di eseguire il debug di un controller o di personalizzare il proprio sistema di cargo bike.

In questo articolo, vi spieghiamo come:

• Cos'è e come funziona l'UART
• Il suo ruolo nei sistemi elettrici delle e-bike
• UART vs altri protocolli di comunicazione
• Esempi di applicazione in e-bike e cargo bike
• Limitazioni, considerazioni sulla sicurezza e conformità

Decodifichiamo questo protocollo di comunicazione essenziale, ma spesso trascurato.

Per sapere cosa sono i protocolli di comunicazione, consultate il nostro : E-Protocolli di comunicazione per biciclette: Una guida completa per ingegneri e acquirenti

Che cosa è UART (ricevitore/trasmettitore asincrono universale)?

UART sta per Ricevitore/trasmettitore asincrono universale - un protocollo basato sull'hardware per la comunicazione seriale. È uno dei modi più antichi e semplici per inviare e ricevere dati tra dispositivi.

Caratteristiche principali:

A differenza di protocolli più complessi come CAN o I²C, UART non necessita di un segnale di clock. Invece, entrambi i dispositivi concordano il velocità di trasmissione (velocità del bit) in anticipo.

Come funziona l'UART in una bicicletta elettrica

In una tipica e-bike o cargo e-bike, l'UART viene utilizzato per comunicazione punto-punto tra i principali componenti elettronici:

• Controllore motore ↔️ Display
• Sistema di gestione della batteria (BMS) ↔️ Controllore
• Display ↔️ Sensore dell'acceleratore o del PAS
• Modulo Bluetooth ↔️ Controllore

Ecco un diagramma semplificato dell'uso dell'UART in una bicicletta elettrica da carico a caricamento frontale:

Ogni connessione UART è solitamente dedicato - senza condivisione come nei bus CAN. Questa semplicità è ideale per i sistemi embedded con un numero ridotto di nodi e bassi requisiti di potenza.

Perché UART? Vantaggi principali per i sistemi di biciclette elettriche

Mentre i moderni protocolli di comunicazione come il CAN (Controller Area Network) stanno guadagnando terreno, l'UART rimane dominante nei progetti di biciclette elettriche di fascia medio-bassa, e per una buona ragione:

✅ Semplicità e basso costo

L'UART non necessita di linee di clock aggiuntive, né di complessi circuiti integrati di controllo, né di un overhead software minimo. È perfetto per i modelli sensibili ai costi o per le cargo bike minimaliste.

✅ Compatibilità

Molti componenti tradizionali ed economici, soprattutto nei motori e nei display provenienti dall'Asia-Pacifico, utilizzano di default l'UART. È uno standard di fatto negli hub e nei mid-drive di aziende come Bafang (varianti UART), Ananda e Tongsheng.

Debug facile

È possibile "ascoltare" facilmente le linee UART con un convertitore USB-TTL e strumenti open-source come Monitoraggio seriale O PuTTY - cosa che non è facile fare con i bus CAN o LIN.

UART vs CAN vs I²C: un rapido confronto

In pratica:

• L'UART è più comune nelle biciclette elettriche e nelle cargo bike di livello consumer.
• Il CAN è utilizzato nei sistemi di fascia alta o per flotte (ad esempio, i sistemi commerciali Bosch, Shimano STEPS).
• I²C è solitamente limitato alla comunicazione intra-PCB.

Casi d'uso dell'UART nelle biciclette cargo: Esempi del mondo reale

1. Display ↔️ Controllore

La maggior parte dei display di base per biciclette elettriche, come il Bafang 500C, il C965 o l'SW102, utilizzano l'UART per comunicare velocità, modalità, tensione della batteria e codici di errore. Regen ha collaborato con diversi clienti per personalizzare l'interfaccia utente del display attraverso sequenze di comandi UART.

2. Modulo Bluetooth o IoT ↔️ Controllore

Se si desidera installare a posteriori una diagnostica remota o un localizzatore GPS, molti moduli UART Bluetooth (ad esempio HC-05, HM-10) possono interfacciarsi con il controllore tramite TX/RX, consentendo comandi di base e la segnalazione dei dati.

3. Test e aggiornamenti del firmware

L'UART è comunemente utilizzato per flashing del firmware di controllori e display. Durante i test pre-spedizione, i tecnici QA di Regen si collegano spesso alla porta UART del controllore per registrare le risposte del motore e del sensore.

Limitazioni e considerazioni

Nonostante i suoi punti di forza, l'UART presenta diverse limitazioni tecniche da considerare, soprattutto nelle e-bike cargo di grandi dimensioni o di livello commerciale:

❌ Nessuna capacità bus

Non è possibile collegare più dispositivi sulla stessa linea. Questo limita la scalabilità dei sistemi più complessi con GPS, serrature intelligenti, sistemi di illuminazione e così via.

❌ Nessuna correzione degli errori

L'UART di base non include CRC o checksum. In caso di rumore o perdita di pacchetti, i messaggi potrebbero risultare confusi. Alcuni fornitori aggiungono metodi di checksum proprietari, ma non sono nativi.

❌ La velocità di trasmissione deve corrispondere

La mancata corrispondenza delle impostazioni della velocità di trasmissione può portare a un fallimento totale della comunicazione, soprattutto in caso di aggiornamenti aftermarket o di sostituzione di parti.

Suggerimento da Regen: Confermare sempre le specifiche UART quando si sostituiscono display o controller di terze parti, soprattutto su cargo bike con cavi più lunghi, che sono più suscettibili di interferenze.

Sicurezza, conformità e standard industriali

Anche se l'UART è un protocollo tecnico, la sua corretta implementazione può avere un impatto sicurezza e conformità. Ad esempio:

• EN 15194:2017 (standard UE per gli EPAC) richiede una comunicazione affidabile e un rilevamento degli errori.
• Conformità CE controlla la presenza di EMI (interferenze elettromagnetiche) che possono influire sulla stabilità dell'UART.
• EN 50604-1:2016 (standard BMS per batterie) raccomanda che le linee di comunicazione digitali siano schermate, collegate a terra e opportunamente terminate.

L'Regen segue queste raccomandazioni in tutti Configurazioni OEM. Nelle bici da carico ad alta potenza utilizzate per la logistica, consigliamo spesso di aggiornare i cavi UART con varianti schermate e di usare connettori con meccanismi di bloccaggio (ad esempio, spine impermeabili Higo) per evitare disconnessioni accidentali.

Quando scegliere l'UART e quando no

Noi di Regen aiutiamo i clienti a scegliere tra UART, CAN e sistemi ibridi in base alle loro esigenze. scenario d'uso, livello di prodotto, E strategia di manutenzione a lungo termine.

Cosa succederà? L'ascesa della comunicazione ibrida nelle biciclette elettriche

Sebbene l'UART rimanga popolare, stiamo assistendo a un cambiamento:

• Controllori a doppio protocollo: Alcuni controllori Bafang supportano sia UART che CAN, offrendo agli OEM una certa flessibilità durante gli aggiornamenti.
• Display intelligenti: Le unità come il DP-C245 supportano ora i bridge da UART a BLE, consentendo l'integrazione delle app e mantenendo il cablaggio tradizionale.
• Emulazione CAN-over-UART: Le configurazioni sperimentali consentono un multiplexing di base su UART, ideale per l'IoT di base nelle flotte cargo.

Noi di Regen stiamo già lavorando con i clienti su Biciclette da carico integrate CAN con fallback UART - combinando semplicità e scalabilità.

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Pensieri finali: L'UART alimenta ancora le biciclette elettriche di tutti i giorni

Nonostante l'età, L'UART è tutt'altro che obsoleto. Continua ad alimentare milioni di biciclette elettriche e cargo bike, dai commuter familiari di base alle bici utilitarie di città come Berlino e Amsterdam.

La comprensione dell'UART aiuta gli ingegneri, gli acquirenti OEM e i gestori di parchi macchine a..:

• Progettare sistemi migliori
• Evitare costosi errori di compatibilità
• Personalizzare le funzioni per i propri utenti finali

Che stiate costruendo la vostra prima cargo bike o gestendo una flotta di 500 biciclette, Regen è qui per aiutarvi a scegliere la giusta dorsale di comunicazione.

Elenco di riferimento

• Bafang Electric. (2024). Manuali del sistema Bafang. https://www.bafang-e.com
• EN 15194:2017. Biciclette - Biciclette a pedalata assistita - EPAC Bicycles. CEN.
• EN 50604-1:2016. Batterie secondarie al litio per veicoli elettrici leggeri. IEC.
• STMicroelectronics. (2022). Nozioni di base sulla comunicazione UART. https://www.st.com
• TI. (2021). Comunicazione seriale asincrona (UART). Texas Instruments.
• Sistemi eBike Bosch. (2024). Panoramica tecnica: Protocolli di comunicazione nelle eBike. Bosch Mobility.