UART 或通用异步收发器，可在数字设备之间实现可靠的串行通信。首先，它将并行数据转换为串行形式进行传输。然后，接收端再次将数据重构为并行形式。因此，这种简单的接口广泛应用于嵌入式导航系统。惯性导航系统 (INS) 依赖于实时传感器通信。因此，UART 提供了一种轻量级且高效的方法来将 IMU 连接到处理器。
与更复杂的接口不同，UART 不需要专用的时钟线。相反，数据是使用可配置的波特率和标准帧格式传输的。每次传输都包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。因此，这种结构确保了跨设备的错误检测和同步。在实践中，INS 模块会生成大量的加速度计和陀螺仪数据流。
UART 波特率和输出速率
波特率定义了 UART 每秒传输的符号或比特数。较高的波特率会增加吞吐量，这对于快速 IMU 数据传输至关重要。但是，更高的速度也会使信号对噪声和线路质量更加敏感。IMU 的输出速率决定了传感器生成导航数据的频率。例如，IMU 可能会以 200 Hz 或更高的频率输出测量值。为了可靠地传输此数据，必须选择 UART 波特率以适应传感器的数据量加上协议开销。
电缆长度直接影响 UART 性能。较长的电缆会增加电容和电阻，这可能会在高波特率下扭曲信号。因此，较短的电缆允许较高的波特率，而较长的电缆可能需要降低波特率以保持数据完整性。例如，115200 波特率可以在几米范围内可靠地工作，但高于 1 Mbps 的速率通常需要非常短、屏蔽良好的电缆。
因此，工程师必须平衡这三个参数。如果 IMU 具有较高的输出速率，则需要足够高的波特率，但电缆长度必须保持较短以避免数据丢失。相反，如果不可避免地需要较长的布线，则降低波特率或使用差分信号接口（例如 RS-422 或 RS-485）可确保稳定的通信。
因此，UART 通道将此信息直接传递到导航计算机。延迟非常小，并且该协议需要的开销非常低。因此，工程师更喜欢 UART 用于简单而强大的系统集成。此外，该接口支持灵活的布线和最少的硬件资源。它在紧凑型或功率受限的应用中尤其有效。此外，在国防和航空航天 INS 中，可靠性和稳定性是关键要求。
UART 确保连续的数据流，而无需复杂的通信堆栈。此外，开发人员可以优化波特率以匹配传感器数据速率。例如，高速率 IMU 每秒输出几千字节。因此，如果配置正确，UART 接口可以处理此需求。
同时，流量控制技术可防止在高负载条件下数据丢失。硬件或软件缓冲区还可以有效地管理异步数据突发。反过来，UART 的确定性行为提高了嵌入式系统中的可预测性。为了提高完整性，设计人员通常将 UART 与更高级别的协议结合使用。因此，错误检查和数据包成帧为导航数据交换增加了稳健性。这种方法确保了在具有挑战性的操作环境下的精确通信。
总之，UART 为 INS 传感器集成提供了一个经过验证的解决方案。