UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)는 디지털 장치 간의 안정적인 직렬 통신을 지원합니다. 먼저, 병렬 데이터를 직렬 형태로 변환하여 전송합니다. 그런 다음 수신 측에서 데이터를 다시 병렬 형태로 재구성합니다. 이러한 특성으로 인해 간단한 인터페이스가 임베디드 내비게이션 시스템에 널리 사용됩니다. 관성 내비게이션 시스템(INS)은 실시간 센서 통신에 의존합니다. 따라서 UART는 IMU를 프로세서에 연결하는 가볍고 효율적인 방법을 제공합니다.
더 복잡한 인터페이스와 달리 UART는 전용 클록 라인이 필요하지 않습니다. 대신, 구성 가능한 보드 속도와 표준 프레이밍 형식을 사용하여 데이터를 전송합니다. 각 전송에는 시작, 데이터, 패리티 및 정지 비트가 포함됩니다. 따라서 이 구조는 장치 간의 오류 감지 및 동기화를 보장합니다. 실제로 INS 모듈은 가속도계 및 자이로스코프 데이터의 대량 스트림을 생성합니다.
UART 보드 속도 및 출력 속도
보드 속도는 UART가 초당 전송하는 기호 또는 비트 수를 정의합니다. 보드 속도가 높을수록 처리량이 증가하며, 이는 빠른 IMU 데이터 전송에 필수적입니다. 그러나 속도가 빠를수록 신호가 노이즈 및 라인 품질에 더 민감해집니다. IMU의 출력 속도는 센서가 내비게이션 데이터를 생성하는 빈도를 결정합니다. 예를 들어 IMU는 200Hz 이상의 측정값을 출력할 수 있습니다. 이 데이터를 안정적으로 전송하려면 센서의 데이터 볼륨과 프로토콜 오버헤드를 수용할 수 있도록 UART 보드 속도를 선택해야 합니다.
케이블 길이는 UART 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 케이블이 길어질수록 커패시턴스와 저항이 증가하여 높은 보드 속도에서 신호가 왜곡될 수 있습니다. 결과적으로 케이블이 짧을수록 더 높은 보드 속도를 사용할 수 있는 반면, 케이블이 길어지면 데이터 무결성을 유지하기 위해 보드 속도를 줄여야 할 수 있습니다. 예를 들어 115200 보드 속도는 수 미터에서 안정적으로 작동할 수 있지만 1Mbps 이상의 속도는 일반적으로 매우 짧고 차폐가 잘 된 케이블이 필요합니다.
따라서 엔지니어는 이러한 세 가지 매개변수의 균형을 맞춰야 합니다. IMU의 출력 속도가 높으면 충분히 높은 보드 속도가 필요하지만 데이터 손실을 방지하려면 케이블 길이를 짧게 유지해야 합니다. 반대로 케이블 연결이 불가피한 경우 보드 속도를 줄이거나 RS-422 또는 RS-485와 같은 차동 신호 인터페이스를 사용하면 안정적인 통신을 보장할 수 있습니다.
결과적으로 UART 채널은 이 정보를 내비게이션 컴퓨터로 직접 전달합니다. 대기 시간이 최소화되고 프로토콜은 매우 낮은 오버헤드를 요구합니다. 따라서 엔지니어는 간단하고 강력한 시스템 통합을 위해 UART를 선호합니다. 또한 이 인터페이스는 유연한 배선과 최소한의 하드웨어 리소스를 지원합니다. 특히 소형 또는 전력 제한적인 애플리케이션에서 효과적입니다. 또한 방위 및 항공우주 INS에서는 안정성과 안정성이 중요한 요구 사항입니다.
UART는 복잡한 통신 스택 없이 지속적인 데이터 흐름을 보장합니다. 또한 개발자는 센서 데이터 속도에 맞춰 보드 속도를 최적화할 수 있습니다. 예를 들어 고속 IMU는 초당 수 킬로바이트를 출력합니다. 따라서 UART 인터페이스는 올바르게 구성하면 이러한 요구를 처리할 수 있습니다.
한편, 흐름 제어 기술은 높은 부하 조건에서 데이터 손실을 방지합니다. 하드웨어 또는 소프트웨어 버퍼는 비동기 데이터 버스트를 효율적으로 관리합니다. 결과적으로 UART의 결정적 동작은 임베디드 시스템의 예측 가능성을 향상시킵니다. 무결성을 향상시키기 위해 설계자는 종종 UART를 더 높은 수준의 프로토콜과 결합합니다. 결과적으로 오류 검사 및 패킷 프레이밍은 내비게이션 데이터 교환에 대한 견고성을 추가합니다. 이 접근 방식은 까다로운 작동 환경에서 정확한 통신을 보장합니다.
결론적으로 UART는 INS 센서 통합을 위한 입증된 솔루션을 제공합니다.