Aufgrund der steigenden Nachfrage nach alternativen und nachhaltigeren Mobilitätslösungen ist die Elektrofahrradindustrie in vollem Gange. Diese Entwicklung geht mit einer Vielzahl von Peripheriegeräten einher, die in die Fahrräder integriert werden müssen, wie z. B. GPS-Geräte, Sensoren, Bremsen usw. Die E-Bikes werden immer komplexer.
Diese Komplexität bringt zwar einen hohen Mehrwert für den Endverbraucher mit sich, stellt aber auch eine große Herausforderung dar: die reibungslose und effiziente Kommunikation zwischen all diesen Elementen.
Insofern spielen Kommunikationsprotokolle wie CAN und UART eine Schlüsselrolle. Diese digitalen Sprachen ermöglichen es den verschiedenen Komponenten des Elektrofahrrads, miteinander zu kommunizieren, Daten auszutauschen und ihre Aktionen zu synchronisieren. Aber welche soll man wählen? CAN oder UART?
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Feinheiten, die zwischen diesen beiden Kommunikationsmethoden bestehen.
Der UART-Kommunikationsmodus, ein sicherer Wert bei der Vernetzung von Objekten
UART, das lange Zeit in der Fahrradindustrie verwendet wurde, ist ein sogenanntes „Punkt-zu-Punkt“-Kommunikationsprotokoll. Seine Funktionsweise beruht auf einer privaten Verbindung mit einer anderen elektronischen Komponente. Dadurch kann jedes Gerät, mit dem es verbunden ist, Informationen sofort und unabhängig senden und empfangen, was eine reibungslose und reaktionsschnelle Kommunikation gewährleistet.
Was sind die Vorteile der UART-Kommunikationsart
Die UART-Kommunikationsart hat 3 wesentliche Vorteile:
- Einfachheit und niedrige Kosten: UART zeichnet sich durch seine einfache Implementierung und seine niedrigen Kosten aus, wodurch es für wenig komplexe Systeme wie die einfache Datenübertragung zwischen einem Sensor und einem Display erschwinglich wird.
- Effiziente Punkt-zu-Punkt-Kommunikation: UART ist für einfache Integrationen konzipiert und eignet sich hervorragend für die direkte Kommunikation zwischen zwei Geräten. Sein einfaches und direktes Design ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung zwischen den angeschlossenen Geräten.
- Weit verbreitete Funktionsweise: UART ist ein ausgereiftes und weit verbreitetes Protokoll, das in vielen Mikrocontrollern und elektronischen Geräten enthalten ist. Diese breite Akzeptanz erleichtert die Integration kompatibler Komponenten und vereinfacht die Entwicklung von UART-basierten Systemen.
Angesichts immer umfassenderer und damit komplexerer Systeme stößt UART jedoch an seine Grenzen, insbesondere bei Elektrofahrrädern, die modernere Integrationen an Bord haben.
Wo liegen die Grenzen des UART-Kommunikationsmodus?
- Begrenzte Skalierbarkeit: UART ist für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen zwei Geräten konzipiert. Wenn mehr Geräte angeschlossen werden sollen, müssen mehrere separate UART-Verbindungen mit neuen Kabeln für jede Komponente eingerichtet werden, was die Verwaltung des Systems erheblich komplexer macht.
- Komplexe Prioritätenverwaltung: In einem Mehrkomponentensystem mit mehreren UART-Geräten wird die Verwaltung der Nachrichtenprioritäten zu einer großen Herausforderung. UART verfügt über keinen eingebauten Mechanismus zur Arbitrierung von Kommunikationskonflikten, was zu Datenverlust oder Fehlfunktionen des Systems führen kann.
- Mangelnde Robustheit: UART ist anfällig für elektromagnetische Interferenzen (EMI) und elektrische Störungen, was die Zuverlässigkeit der Kommunikation beeinträchtigen kann. Diese Empfindlichkeit ist besonders in lauten Umgebungen wie in städtischen Gebieten oder auf unebenen Wegen problematisch.
- Begrenzte Skalierbarkeit: UART ist nicht für skalierbare Systeme oder häufige Geräteaktualisierungen ausgelegt. Das Hinzufügen neuer Komponenten oder die Änderung der Netzwerktopologie kann umfangreiche Änderungen an der Verkabelung und am Code erfordern, was Innovation und Flexibilität hemmt.
Im Hinblick auf diese Grenzen eröffnet der CAN-Kommunikationsmodus mehr Möglichkeiten, indem er komplexere Systeme unterstützt.
Das CAN-Protokoll, ein moderner Wind in der Elektrofahrradindustrie
Das aus der Automobilwelt stammende CAN (Controller Area Network) setzt sich nach und nach durch. Seine Robustheit, seine Flexibilität und seine Fähigkeit, komplexe Netzwerke zu verwalten, machen es zu einem wichtigen Trumpf für die intelligenten Fahrräder von morgen.
Denn im Gegensatz zu UART ermöglicht das CAN-Protokoll eine Mehrfachverbindung zwischen den einzelnen Komponenten. Man kann es sich wie ein Netz vorstellen, in dem jeder Knoten des Netzes Nachrichten senden und empfangen kann, was eine multidirektionale und kollaborative Kommunikation ermöglicht.
Was sind die Vorteile des CAN-Protokolls?
Insofern hat diese Art der Kommunikation mehrere Vorteile:
- Flexible Kommunikation: Im Gegensatz zu UART, das die Kommunikation dank des BUS auf zwei Geräte beschränkt, können bei CAN alle an das Netzwerk angeschlossenen Geräte Informationen austauschen. Diese Multi-Master-Architektur bietet eine höhere Flexibilität und vereinfacht die Systemverwaltung erheblich.
- Priorisierung von Nachrichten für eine reibungslose Kommunikation : Der CAN verfügt über einen intelligenten Mechanismus zur Nachrichtenpriorisierung, der sicherstellt, dass Daten, die als kritisch identifiziert wurden, vorrangig übertragen werden. Dadurch werden Kommunikationskonflikte vermieden und eine reibungslose und zuverlässige Kommunikation gewährleistet, selbst in komplexen Systemen mit vielen Geräten.
- Robust und störungsresistent: CAN wurde für den Einsatz in wechselnden Umgebungen mit elektromagnetischen Interferenzen (EMI) entwickelt. Diese Robustheit gewährleistet eine Hochgeschwindigkeitskommunikation mit geringer Latenz, die eine schnelle Reaktionsfähigkeit und einen präzisen Betrieb des Elektrofahrrads garantiert.
Angesichts dieser Vorteile ist CAN die erste Wahl für moderne Elektrofahrräder, die eine zuverlässige, leistungsfähige und skalierbare Kommunikation benötigen, um ein optimales Nutzererlebnis zu bieten. Seine Fähigkeit, komplexe Netzwerke mit zahlreichen Peripheriegeräten zu verwalten und eine reibungslose Kommunikation in Echtzeit zu gewährleisten, macht CAN zur Speerspitze der Innovation in der Elektrofahrradindustrie.
Was sind die Grenzen des CAN-Protokolls für Elektrofahrräder?
Aber: Während das CAN-Protokoll viele Vorteile für moderne Elektrofahrräder bietet, hat es auch einige Einschränkungen, die Sie unbedingt beachten sollten.
- Komplexität der Implementierung: CAN ist ein komplexer zu implementierendes Protokoll als UART. Es erfordert spezielle Fähigkeiten und Kenntnisse in der Netzwerkkommunikation.
- Etwas höhere Kosten: Die Komponenten und Entwicklungswerkzeuge für CAN sind in der Regel teurer als die für UART. Dieser Kostenunterschied kann je nach Verwendungszweck ein Faktor sein, den man in Betracht ziehen sollte. Für einfache Systeme mit zwei oder drei Peripheriegeräten ist die zusätzliche Komplexität von CAN möglicherweise nicht gerechtfertigt. UART kann in diesen Fällen eine einfachere und kostengünstigere Lösung bieten.
- Notwendigkeit eines dedizierten Controllers : CAN erfordert einen dedizierten Controller, der den Bus verwaltet und bei Kommunikationskonflikten schlichtet. Dieser Controller fügt der Systemarchitektur ein weiteres Element hinzu
CAN vs. UART: Das Urteil
Die Wahl zwischen CAN und UART hängt von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Für einfache Systeme mit zwei oder drei Elementen bietet UART eine kostengünstige und einfach zu implementierende Lösung. Für moderne Elektrofahrräder mit zahlreichen Peripheriegeräten und erweiterten Funktionen ist CAN jedoch die erste Wahl. Seine Robustheit, Flexibilität und die Fähigkeit, komplexe Netzwerke zu verwalten, sorgen für eine reibungslose, effiziente und zuverlässige Kommunikation, die für ein optimales Nutzererlebnis unerlässlich ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Elektrofahrradindustrie in einem technologischen Wandel befindet, der durch die Einführung von CAN als Standard-Kommunikationsprotokoll vorangetrieben wird. Diese Entwicklung wird die Entwicklung von noch leistungsfähigeren, vernetzten und sicheren intelligenten Fahrrädern ermöglichen, die den steigenden Erwartungen der Radfahrer von heute und morgen gerecht werden.
Velco, die Wahl des CAN-Protokolls für eine vollständigere Integration
Bei der Entwicklung des Mobitrax, seines Premium-IoT, entschied sich Velco für die Integration des CAN-BUS-Protokolls. Dadurch kann das Gerät, sobald es mit dem E-Bike und seinem System verbunden ist, eine Vielzahl von Daten sammeln, die dann verarbeitet werden können, um dem Nutzer ein umfassendes und differenziertes Erlebnis zu bieten.