Zrozumieć UART w rowerach elektrycznych: Jak prosta komunikacja szeregowa napędza jazdę

W świecie rowerów elektrycznych i rowerów cargo komunikacja to nie tylko Bluetooth czy aplikacje - to sposób, w jaki różne komponenty "rozmawiają" ze sobą wewnątrz pojazdu. Jednym z najbardziej powszechnych i kluczowych protokołów komunikacyjnych jest UART (uniwersalny asynchroniczny odbiornik/nadajnik).

Na RegenWierzymy, że zrozumienie działania protokołów takich jak UART pomaga nie tylko naszym inżynierom, ale także menedżerom flot, nabywcom B2B i partnerom OEM podejmować lepsze decyzje - niezależnie od tego, czy integrujesz nowy wyświetlacz, debugujesz kontroler, czy dostosowujesz własny system rowerów towarowych.

W tym artykule omówimy te kwestie:

• Czym jest i jak działa UART
• Jego rola w systemach elektrycznych rowerów elektrycznych
• UART a inne protokoły komunikacyjne
• Przykłady zastosowań w rowerach elektrycznych i towarowych
• Ograniczenia, względy bezpieczeństwa i zgodność

Rozszyfrujmy ten niezbędny - ale często pomijany - protokół komunikacyjny.

Aby dowiedzieć się, czym są protokoły komunikacyjne, sprawdź nasze : E-Protokoły komunikacji rowerowej: Kompletny przewodnik dla inżynierów i kupujących

Co to jest UART (uniwersalny asynchroniczny odbiornik/nadajnik)?

UART oznacza Uniwersalny odbiornik/nadajnik asynchroniczny - sprzętowy protokół komunikacji szeregowej. Jest to jeden z najstarszych i najprostszych sposobów wysyłania i odbierania danych między urządzeniami.

Kluczowe cechy:

W przeciwieństwie do bardziej złożonych protokołów, takich jak CAN lub I²C, UART nie potrzebuje sygnału zegara. Zamiast tego oba urządzenia uzgadniają szybkość transmisji (prędkość bitowa).

Jak działa UART wewnątrz roweru elektrycznego

W typowym rowerze elektrycznym lub rowerze towarowym, UART jest używany do Komunikacja punkt-punkt pomiędzy kluczowymi komponentami elektronicznymi:

• Sterownik silnika ↔️ Wyświetlacz
• System zarządzania baterią (BMS) ↔️ Kontroler
• Wyświetlacz ↔️ Przepustnica lub czujnik PAS
• Moduł Bluetooth ↔️ Kontroler

Oto uproszczony schemat użycia UART w ładowanym od przodu rowerze elektrycznym:

Każde połączenie UART jest zazwyczaj dedykowany - bez współdzielenia jak w magistralach CAN. Ta prostota jest idealna dla systemów wbudowanych z mniejszą liczbą węzłów i niskim zapotrzebowaniem na energię.

Dlaczego UART? Kluczowe zalety dla systemów rowerów elektrycznych

Podczas gdy nowoczesne protokoły komunikacyjne, takie jak CAN (Controller Area Network) zyskują na popularności, UART pozostaje dominujący w projektach rowerów elektrycznych niskiego i średniego zasięgu - i nie bez powodu:

Prostota i niski koszt

UART nie wymaga dodatkowych linii zegarowych, złożonych układów scalonych kontrolera i minimalnego narzutu na oprogramowanie. To idealne rozwiązanie dla modeli wrażliwych na koszty lub minimalistycznych rowerów cargo.

Kompatybilność

Wiele starszych i niedrogich komponentów - zwłaszcza w silnikach i wyświetlaczach pochodzących z Azji i Pacyfiku - domyślnie korzysta z UART. Jest to de facto standard w koncentratorach i średnich napędach takich firm jak Bafang (warianty UART), Ananda i Tongsheng.

Łatwe debugowanie

Można łatwo "podsłuchiwać" linie UART za pomocą konwertera USB-TTL i narzędzi open-source, takich jak Monitor szeregowy Lub PuTTY - coś, czego nie da się łatwo zrobić z magistralami CAN lub LIN.

UART vs CAN vs I²C: szybkie porównanie

W praktyce:

• UART jest najczęściej spotykany w konsumenckich rowerach elektrycznych i rowerach cargo.
• CAN jest używany w systemach klasy high-end lub flotowych (np. systemy komercyjne Bosch, Shimano STEPS).
• I²C jest zwykle ograniczony do komunikacji wewnątrz PCB.

Przypadki użycia UART w rowerach elektrycznych Cargo: Przykłady ze świata rzeczywistego

1. Wyświetlacz ↔️ Kontroler

Większość podstawowych wyświetlaczy do rowerów elektrycznych - takich jak Bafang 500C, C965 lub SW102 - wykorzystuje UART do komunikowania prędkości, trybu, napięcia akumulatora i kodów błędów. Regen współpracowało z wieloma klientami, aby dostosowywanie interfejsu użytkownika wyświetlacza poprzez sekwencje poleceń UART.

2. Moduł Bluetooth lub IoT ↔️ Kontroler

Jeśli chcesz zmodernizować zdalną diagnostykę lub lokalizator GPS, wiele modułów Bluetooth UART (np. HC-05, HM-10) może łączyć się z kontrolerem za pośrednictwem TX / RX, umożliwiając podstawowe polecenia i raportowanie danych.

3. Testowanie i aktualizacja oprogramowania sprzętowego

UART jest powszechnie używany do flashowanie oprogramowania sprzętowego kontrolerów i wyświetlaczy. Podczas testów przed wysyłką inżynierowie QA firmy Regen często łączą się z portem UART sterownika, aby rejestrować reakcje silnika i czujnika.

Ograniczenia i rozważania

Pomimo swoich mocnych stron, UART ma kilka ograniczeń technicznych, które należy wziąć pod uwagę, zwłaszcza w przypadku dużych lub komercyjnych rowerów elektrycznych:

Brak możliwości korzystania z magistrali

Nie można podłączyć wielu urządzeń na tej samej linii. Ogranicza to skalowalność bardziej złożonych systemów z GPS, inteligentnymi zamkami, systemami oświetlenia itp.

Brak korekcji błędów

Podstawowy UART nie zawiera CRC ani sumy kontrolnej. W przypadku szumów lub utraty pakietów wiadomości mogą być zniekształcone. Niektórzy producenci dodają własne metody sum kontrolnych, ale nie są one natywne.

Szybkość transmisji musi być zgodna

Niedopasowanie ustawień szybkości transmisji może prowadzić do całkowitego niepowodzenia komunikacji - zwłaszcza podczas aktualizacji lub wymiany części na rynku wtórnym.

Wskazówka od Regen: Zawsze potwierdzaj specyfikacje UART podczas wymiany wyświetlaczy lub kontrolerów innych firm - szczególnie w przypadku rowerów cargo z dłuższymi przewodami, które są bardziej podatne na zakłócenia.

Bezpieczeństwo, zgodność z przepisami i standardy branżowe

Chociaż UART jest protokołem technicznym, jego prawidłowa implementacja może mieć wpływ na bezpieczeństwo i zgodność. Na przykład:

• EN 15194:2017 (standard UE dla EPAC) wymaga niezawodnej komunikacji i wykrywania błędów.
• Zgodność z normami CE sprawdza zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), które mogą wpływać na stabilność UART.
• EN 50604-1:2016 (standard BMS akumulatora) zaleca, aby cyfrowe linie komunikacyjne były ekranowane, uziemione i odpowiednio zakończone.

Regen przestrzega tych zaleceń we wszystkich Konfiguracje OEM. W rowerach cargo o dużej mocy wykorzystywanych w logistyce często zalecamy modernizację kabli UART do wersji ekranowanych i stosowanie złącza z mechanizmami blokującymi (np. wodoodporne wtyczki Higo), aby zapobiec przypadkowemu rozłączeniu.

Kiedy wybrać UART, a kiedy nie?

W Regen pomagamy klientom wybrać pomiędzy UART, CAN i systemami hybrydowymi w oparciu o ich scenariusz użycia, poziom produktu, I długoterminowa strategia utrzymania.

Co dalej? Rozwój komunikacji hybrydowej w rowerach elektrycznych

Chociaż UART pozostaje popularny, obserwujemy zmianę:

• Kontrolery dwuprotokołowe: Niektóre kontrolery Bafang obsługują zarówno UART, jak i CAN, zapewniając producentom OEM elastyczność podczas aktualizacji.
• Inteligentne wyświetlacze: Urządzenia takie jak DP-C245 obsługują teraz mostki UART-BLE, umożliwiając integrację aplikacji przy zachowaniu starszego okablowania.
• Emulacja CAN-over-UART: Eksperymentalne konfiguracje umożliwiają podstawowe multipleksowanie przez UART - idealne dla podstawowego IoT we flotach towarowych.

W Regen pracujemy już z klientami nad Rowery cargo zintegrowane z CAN z funkcją awaryjną UART - łącząc prostotę ze skalowalnością.

Tylko 20 rowerów MOQ na początek

Dostosowywalny rower elektryczny cargo - RS01

Niezależnie od tego, czy jesteś rozwijającą się marką, czy sklepem osiedlowym, nasze wytrzymałe rowery cargo są Twoim biletem do rozwijającego się świata dostaw przyjaznych dla środowiska. Ruszamy!

Poproś o wycenę

Przemyślenia końcowe: UART nadal zasila codzienne rowery elektryczne

Pomimo swojego wieku, UART jest daleki od przestarzałości. Nadal zasila miliony rowerów elektrycznych i towarowych - od podstawowych rodzinnych rowerów dojeżdżających do pracy po rowery użytkowe w miastach takich jak Berlin i Amsterdam.

Zrozumienie UART pomaga inżynierom, nabywcom OEM i menedżerom flot:

• Projektowanie lepszych systemów
• Unikanie kosztownych błędów kompatybilności
• Dostosowywanie funkcji dla użytkowników końcowych

Niezależnie od tego, czy budujesz swój pierwszy rower cargo, czy zarządzasz flotą 500 rowerów, Regen jest tutaj, aby pomóc Ci wybrać odpowiedni szkielet komunikacyjny.

Lista referencyjna

• Bafang Electric. (2024). Instrukcje obsługi systemu Bafang. https://www.bafang-e.com
• PN-EN 15194:2017. Rowery - Rowery ze wspomaganiem elektrycznym - EPAC Bicycles. CEN.
• EN 50604-1:2016. Wtórne baterie litowe dla lekkich pojazdów elektrycznych. IEC.
• STMicroelectronics. (2022). Podstawy komunikacji UART. https://www.st.com
• TI. (2021). Asynchroniczna komunikacja szeregowa (UART). Texas Instruments.
• Bosch eBike Systems. (2024). Przegląd techniczny: Protokoły komunikacyjne w rowerach elektrycznych. Bosch Mobility.