UART, o transmisor-receptor asíncrono universal, permite una comunicación serie fiable entre dispositivos digitales. En primer lugar, convierte los datos paralelos en formato serie para su transmisión. A continuación, el lado receptor reconstruye los datos de nuevo en formato paralelo. Debido a esto, la sencilla interfaz se utiliza ampliamente en los sistemas de navegación integrados. Los sistemas de navegación inercial, o INS, se basan en la comunicación de sensores en tiempo real. En consecuencia, un UART proporciona un método ligero y eficiente para conectar las IMU a los procesadores.
A diferencia de las interfaces más complejas, UART no requiere una línea de reloj dedicada. En su lugar, los datos se transfieren utilizando velocidades de transmisión configurables y formatos de trama estándar. Cada transmisión incluye bits de inicio, datos, paridad y parada. Por lo tanto, esta estructura garantiza la detección de errores y la sincronización entre los dispositivos. En la práctica, los módulos INS generan grandes flujos de datos de acelerómetros y giroscopios.
Velocidad de transmisión UART y velocidad de salida
La velocidad de transmisión define cuántos símbolos o bits por segundo transmite UART. Una mayor velocidad de transmisión aumenta el rendimiento, lo que es esencial para la transferencia rápida de datos de la IMU. Sin embargo, las velocidades más altas también hacen que la señal sea más sensible al ruido y a la calidad de la línea. La velocidad de salida de la IMU determina la frecuencia con la que el sensor genera datos de navegación. Por ejemplo, una IMU puede emitir mediciones a 200 Hz o más. Para transmitir estos datos de forma fiable, la velocidad de transmisión UART debe elegirse para dar cabida al volumen de datos del sensor más la sobrecarga del protocolo.
La longitud del cable influye directamente en el rendimiento de UART. Los cables más largos aumentan la capacitancia y la resistencia, lo que puede distorsionar las señales a altas velocidades de transmisión. Como resultado, los cables más cortos permiten velocidades de transmisión más altas, mientras que los cables más largos pueden requerir velocidades de transmisión reducidas para mantener la integridad de los datos. Por ejemplo, una velocidad de transmisión de 115200 puede funcionar de forma fiable a lo largo de varios metros, pero las velocidades superiores a 1 Mbps suelen exigir cables muy cortos y bien apantallados.
Por lo tanto, los ingenieros deben equilibrar estos tres parámetros. Si una IMU tiene una alta velocidad de salida, se requiere una velocidad de transmisión suficientemente alta, pero la longitud del cable debe seguir siendo corta para evitar la pérdida de datos. Por el contrario, si no se puede evitar un cableado más largo, la reducción de la velocidad de transmisión o el uso de interfaces de señalización diferencial, como RS-422 o RS-485, garantiza una comunicación estable.
Como resultado, el canal UART entrega esta información directamente al ordenador de navegación. La latencia es mínima y el protocolo requiere muy poca sobrecarga. Por lo tanto, los ingenieros prefieren UART para una integración del sistema sencilla y robusta. Además, la interfaz admite un cableado flexible y unos recursos de hardware mínimos. Es particularmente eficaz en aplicaciones compactas o con limitaciones de energía. Además, en los INS de defensa y aeroespaciales, la fiabilidad y la estabilidad son requisitos críticos.
UART garantiza un flujo de datos continuo sin complicadas pilas de comunicación. Además, los desarrolladores pueden optimizar las velocidades de transmisión para que coincidan con las velocidades de datos de los sensores. Por ejemplo, las IMU de alta velocidad emiten varios kilobytes por segundo. Por lo tanto, la interfaz UART puede manejar esta demanda cuando se configura correctamente.
Mientras tanto, las técnicas de control de flujo evitan la pérdida de datos en condiciones de alta carga. Los búferes de hardware o software también gestionan las ráfagas de datos asíncronos de forma eficiente. A su vez, el comportamiento determinista de UART mejora la previsibilidad en los sistemas integrados. Para mejorar la integridad, los diseñadores suelen combinar UART con protocolos de nivel superior. En consecuencia, la comprobación de errores y el encuadre de paquetes añaden robustez al intercambio de datos de navegación. Este enfoque garantiza una comunicación precisa en entornos operativos difíciles.
En conclusión, UART proporciona una solución probada para la integración de sensores INS.