Compreender a UART nas bicicletas eléctricas: Como a comunicação serial simples potencializa sua pedalada

No mundo das e-bikes e das bicicletas de carga, a comunicação não é apenas uma questão de Bluetooth ou de aplicações - é uma questão de como os diferentes componentes "falam" uns com os outros dentro do veículo. Um dos protocolos de comunicação mais comuns e cruciais é o UART (Recetor/Transmissor Assíncrono Universal).

No RegenAcreditamos que compreender o funcionamento de protocolos como o UART ajuda não só os nossos engenheiros, mas também os gestores de frotas, compradores B2B e parceiros OEM a tomar melhores decisões - quer esteja a integrar um novo ecrã, a depurar um controlador ou a personalizar o seu próprio sistema de bicicletas de carga.

Neste artigo, vamos analisar:

• O que é a UART e como funciona
• O seu papel nos sistemas eléctricos das bicicletas eléctricas
• UART versus outros protocolos de comunicação
• Exemplos de aplicação em bicicletas eléctricas e bicicletas de carga
• Limitações, considerações de segurança e conformidade

Vamos descodificar este protocolo de comunicação essencial, mas muitas vezes ignorado.

Para saber o que são os protocolos de comunicação, consulte o nosso : E-Protocolos de comunicação para bicicletas: Um guia completo para engenheiros e compradores

O que é UART (Recetor/Transmissor Assíncrono Universal)?

UART representa Recetor/Transmissor Assíncrono Universal - um protocolo baseado em hardware para comunicação em série. É uma das formas mais antigas e mais simples de enviar e receber dados entre dispositivos.

Caraterísticas principais:

Ao contrário de protocolos mais complexos como CAN ou I²C, a UART não precisa de um sinal de relógio. Em vez disso, ambos os dispositivos concordam com o taxa de transmissão (velocidade do bit) previamente.

Como funciona a UART dentro de uma E-Bike

Numa e-bike típica ou numa e-bike de carga, a UART é utilizada para comunicação ponto-a-ponto entre os principais componentes electrónicos:

• Controlador do motor ↔️ Ecrã
• Sistema de gestão da bateria (BMS) ↔️ Controlador
• Ecrã ↔️ Sensor do acelerador ou PAS
• Módulo Bluetooth ↔️ Controlador

Aqui está um diagrama simplificado da utilização da UART numa bicicleta eléctrica de carga com carregamento frontal:

Cada ligação UART é normalmente dedicado - sem partilha como nos barramentos CAN. Esta simplicidade é ideal para sistemas incorporados com menos nós e com baixas exigências de potência.

Porquê UART? Principais vantagens para sistemas de bicicletas eléctricas

Embora os protocolos de comunicação modernos, como o CAN (Controller Area Network), estejam a ganhar terreno, o UART continua a ser dominante nos modelos de bicicletas eléctricas de gama baixa a média - e por boas razões:

Simplicidade e baixo custo

A UART não necessita de linhas de relógio adicionais, nem de CIs controladores complexos, nem de sobrecarga mínima de software. Isto é perfeito para modelos sensíveis ao custo ou bicicletas de carga minimalistas.

✅ Compatibilidade

Muitos componentes antigos e económicos - especialmente em motores e ecrãs de origem da Ásia-Pacífico - utilizam a UART por defeito. É um padrão de facto em hubs e mid-drives de empresas como a Bafang (variantes UART), Ananda e Tongsheng.

Depuração fácil

É possível "escutar" facilmente as linhas UART com um conversor USB para TTL e ferramentas de código aberto como Monitor de série ou PuTTY - algo que não é fácil de fazer com os barramentos CAN ou LIN.

UART vs CAN vs I²C: Uma comparação rápida

Na prática:

• A UART é mais comum em bicicletas eléctricas e bicicletas de carga ao nível do consumidor.
• O CAN é utilizado em sistemas de topo de gama ou de frota (por exemplo, sistemas comerciais STEPS da Bosch e da Shimano).
• O I²C está normalmente confinado à comunicação intra-PCB.

Casos de utilização de UART em bicicletas eléctricas de carga: Exemplos do mundo real

1. Ecrã ↔️ Controlador

A maioria dos visores básicos de bicicletas elétricas - como o Bafang 500C, C965 ou SW102 - usa UART para comunicar velocidade, modo, tensão da bateria e códigos de erro. A Regen trabalhou com vários clientes para personalizar a IU do ecrã através de sequências de comandos UART.

2. Módulo Bluetooth ou IoT ↔️ Controlador

Se pretender instalar diagnósticos remotos ou um localizador GPS, muitos módulos UART Bluetooth (por exemplo, HC-05, HM-10) podem estabelecer uma interface com o controlador através de TX/RX, permitindo comandos básicos e comunicação de dados.

3. Testes e actualizações de firmware

A UART é normalmente utilizada para intermitência do firmware de controladores e ecrãs. Durante os testes pré-embarque, os engenheiros de controlo de qualidade do Regen ligam-se frequentemente à porta UART do controlador para registar as respostas do motor e do sensor.

Limitações e considerações

Apesar dos seus pontos fortes, a UART tem várias limitações técnicas a considerar, especialmente em e-bikes de carga grandes ou comerciais:

Sem capacidade de barramento

Não é possível ligar vários dispositivos na mesma linha. Isso limita a escalabilidade em sistemas mais complexos com GPS, fechaduras inteligentes, sistemas de iluminação, etc.

Sem correção de erros

A UART básica não inclui CRC ou soma de controlo. Se houver ruído ou perda de pacotes, as mensagens podem ficar distorcidas. Alguns fornecedores adicionam métodos proprietários de soma de verificação, mas não é nativo.

A taxa de transmissão deve corresponder

Uma diferença nas definições da velocidade de transmissão pode levar a uma falha total de comunicação - especialmente durante actualizações pós-venda ou substituições de peças.

Sugestão do Regen: Confirme sempre as especificações UART quando trocar de ecrãs ou controladores de terceiros - especialmente em bicicletas de carga com cabos mais longos, que são mais susceptíveis a interferências.

Segurança, conformidade e normas da indústria

Embora a UART seja um protocolo técnico, a sua implementação correta pode ter impacto segurança e conformidade. Por exemplo:

• EN 15194:2017 (norma da UE para EPAC) exige uma comunicação fiável de assistência à alimentação e deteção de erros.
• Conformidade CE verifica a existência de EMI (interferência electromagnética) que pode afetar a estabilidade da UART.
• EN 50604-1:2016 (norma BMS para baterias) recomenda que as linhas de comunicação digital sejam blindadas, ligadas à terra e devidamente terminadas.

O Regen segue estas recomendações em todas as Configurações OEM. Em bicicletas de carga de alta potência utilizadas para logística, recomendamos frequentemente a atualização dos cabos UART para variantes blindadas e a utilização de conectores com mecanismos de bloqueio (por exemplo, fichas Higo à prova de água) para evitar desligamentos acidentais.

Quando escolher UART - e quando não escolher

Na Regen, ajudamos os clientes a decidir entre UART, CAN e sistemas híbridos com base em seus cenário de utilização, nível de produto, e estratégia de manutenção a longo prazo.

O que vem a seguir? A ascensão da comunicação híbrida nas bicicletas eléctricas

Embora a UART continue a ser popular, estamos a assistir a uma mudança:

• Controladores de protocolo duplo: Alguns controladores Bafang suportam tanto UART como CAN, dando flexibilidade aos OEMs durante as actualizações.
• Ecrãs inteligentes: Unidades como o DP-C245 suportam agora pontes UART-para-BLE, permitindo a integração de aplicações, mantendo a cablagem antiga.
• Emulação CAN-over-UART: As configurações experimentais permitem a multiplexagem básica através de UART - ideal para IoT de nível básico em frotas de carga.

Na Regen, já estamos a trabalhar com os clientes em Bicicletas de carga integradas no CAN com UART de recurso - combinando simplicidade com escalabilidade.

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Considerações finais: A UART continua a alimentar a E-Bike do dia a dia

Apesar da sua idade, A UART está longe de ser obsoleta. Continua a alimentar milhões de bicicletas eléctricas e bicicletas de carga - desde as familiares de entrada até às bicicletas utilitárias em cidades como Berlim e Amesterdão.

Compreender a UART ajuda os engenheiros, os compradores OEM e os gestores de frotas a:

• Conceber melhores sistemas
• Evitar erros de compatibilidade dispendiosos
• Personalizar funcionalidades para os seus utilizadores finais

Quer esteja a construir a sua primeira bicicleta de carga ou a gerir uma frota de 500 bicicletas, a Regen está aqui para o ajudar a escolher a espinha dorsal de comunicação certa.

Lista de referências

• Bafang Electric. (2024). Manuais do sistema Bafang. https://www.bafang-e.com
• EN 15194:2017. Bicicletas - Bicicletas eléctricas assistidas - EPAC Bicicletas. CEN.
• EN 50604-1:2016. Baterias secundárias de lítio para veículos eléctricos ligeiros. CEI.
• STMicroelectrónica. (2022). Noções básicas de comunicação UART. https://www.st.com
• TI. (2021). Comunicação em série assíncrona (UART). Texas Instruments.
• Sistemas eBike da Bosch. (2024). Resumo técnico: Protocolos de comunicação em bicicletas electrónicas. Mobilidade Bosch.