A UART, ou Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (Receptor-Transmissor Assíncrono Universal), permite a comunicação serial confiável entre dispositivos digitais. Primeiro, ele converte dados paralelos em formato serial para transmissão. Em seguida, o lado receptor reconstrói os dados em formato paralelo novamente. Por esse motivo, a interface simples é amplamente usada em sistemas de navegação incorporados. Os sistemas de navegação inercial, ou INS, dependem da comunicação do sensor em tempo real. Consequentemente, uma UART oferece um método leve e eficiente para conectar IMUs a processadores.
Diferentemente de interfaces mais complexas, a UART não exige uma linha de relógio dedicada. Em vez disso, os dados são transferidos usando taxas de transmissão configuráveis e formatos de enquadramento padrão. Cada transmissão inclui bits de início, dados, paridade e parada. Portanto, essa estrutura garante a detecção de erros e a sincronização entre os dispositivos. Na prática, os módulos INS geram grandes fluxos de dados de acelerômetro e giroscópio.
Taxa de transmissão e taxa de saída UART
A taxa de transmissão define quantos símbolos ou bits por segundo a UART transmite. Uma taxa de transmissão mais alta aumenta o rendimento, o que é essencial para a transferência rápida de dados IMU . Entretanto, velocidades mais altas também tornam o sinal mais sensível ao ruído e à qualidade da linha. A taxa de saída da IMU determina a frequência com que o sensor gera dados de navegação. Por exemplo, uma IMU pode gerar medições a 200 Hz ou mais. Para transmitir esses dados de forma confiável, a taxa de transmissão da UART deve ser escolhida para acomodar o volume de dados do sensor mais a sobrecarga do protocolo.
O comprimento do cabo afeta diretamente o desempenho da UART. Cabos mais longos aumentam a capacitância e a resistência, o que pode distorcer os sinais em altas taxas de transmissão. Como resultado, os cabos mais curtos permitem taxas de baud mais altas, enquanto os cabos mais longos podem exigir taxas de baud reduzidas para manter a integridade dos dados. Por exemplo, uma taxa de baud de 115200 pode funcionar de forma confiável em vários metros, mas taxas acima de 1 Mbps geralmente exigem cabos muito curtos e bem blindados.
Portanto, os engenheiros devem equilibrar esses três parâmetros. Se uma IMU tiver uma alta taxa de saída, será necessária uma taxa de transmissão suficientemente alta, mas o comprimento do cabo deverá permanecer curto para evitar a perda de dados. Por outro lado, se for inevitável um cabeamento mais longo, reduzir a taxa de transmissão ou usar interfaces de sinalização diferencial, como RS-422 ou RS-485, garante uma comunicação estável.
Como resultado, o canal UART fornece essas informações diretamente ao computador de navegação. A latência é mínima e o protocolo exige uma sobrecarga muito baixa. Assim, os engenheiros preferem a UART para uma integração simples e robusta do sistema. Além disso, a interface suporta fiação flexível e recursos mínimos de hardware. Ela é particularmente eficaz em aplicativos compactos ou com restrição de energia. Além disso, no INS aeroespacial e de defesa, a confiabilidade e a estabilidade são requisitos essenciais.
A UART garante o fluxo contínuo de dados sem pilhas de comunicação complicadas. Além disso, os desenvolvedores podem otimizar as taxas de transmissão para corresponder às taxas de dados do sensor. Por exemplo, as IMUs de alta taxa produzem vários kilobytes por segundo. Portanto, a interface UART pode atender a essa demanda quando configurada corretamente.
Enquanto isso, as técnicas de controle de fluxo evitam a perda de dados em condições de alta carga. Os buffers de hardware ou software também gerenciam rajadas de dados assíncronos de forma eficiente. Por sua vez, o comportamento determinístico da UART melhora a previsibilidade em sistemas incorporados. Para aumentar a integridade, os projetistas geralmente combinam a UART com protocolos de nível superior. Consequentemente, a verificação de erros e o enquadramento de pacotes acrescentam robustez à troca de dados de navegação. Essa abordagem garante uma comunicação precisa em ambientes operacionais desafiadores.
Concluindo, a UART oferece uma solução comprovada para a integração de sensores INS .