Sistem akses mobil yang menggunakan Bluetooth Low Energy biasanya memiliki modul pusat dan beberapa modul/node satelit, yang berkomunikasi melalui bus jaringan area pengontrol (CAN) atau bus jaringan interkoneksi lokal (LIN). Modul satelit didistribusikan secara fisik di sekitar mobil untuk meningkatkan jangkauan komunikasi Bluetooth.
Perancang sistem ingin meningkatkan kemampuan manufaktur modul satelit dengan merancang satu PCB dengan perangkat lunak yang identik sehingga pemasangan di mobil tidak bergantung pada posisi simpul Bluetooth. Namun, karena perangkat keras dan perangkat lunak setiap node satelit pada waktu instalasi identik, skema diperlukan untuk memungkinkan modul pusat menetapkan alamat CAN atau LIN yang unik ke setiap node satelit setelah modul dipasang di kendaraan.
Salah satu opsi adalah menggunakan jaringan daisy-chain LIN khusus untuk berbagi ID CAN ke modul selama pembuatan. Dalam skenario ini, modul pusat menggunakan antarmuka LIN untuk menangani setiap modul satelit, tetapi antarmuka LIN tidak akan digunakan lagi selama masa pakai kendaraan. Pilihan lain menggantikan bus LIN khusus dengan implementasi diskrit yang mengurangi biaya bill of material (BOM). Untuk lebih memangkas biaya sistem, opsi nirkabel yang sebenarnya hanya menggunakan Bluetooth, dan tanpa perangkat keras tambahan, menggunakan kembali infrastruktur Bluetooth yang sudah tersedia di node untuk menangani modul.
Pada akhirnya, metode nirkabel mengurangi BOM, pengkabelan sistem, dan biaya penyimpanan, pengelolaan, dan perakitan komponen yang sekarang tidak diperlukan. Artikel ini menyajikan ikhtisar metode pengalamatan otomatis berkabel sebelum melihat metode nirkabel secara lebih mendalam.
Sistem akses mobil otomotif cenderung menggunakan Bluetooth Low Energy untuk kemampuan telepon sebagai kunci atau kunci digital lainnya. Sistem ini beroperasi mirip dengan sistem mulai pasif entri pasif tetapi menambahkan kemampuan untuk menggunakan smartphone pengemudi sebagai kunci, sehingga menggantikan fob kunci tradisional. Kendaraan yang kompatibel dengan telepon sebagai kunci menerapkan modul pusat atau modul kunci pintar dan beberapa modul satelit, masing-masing mampu menerima sinyal Bluetooth dari smartphone atau key fob. Sistem tipikal mungkin memiliki antara enam dan 12 modul satelit, selain modul pusat (Gambar 1).
Gambar 1. Diagram ini menunjukkan di mana modul satelit Bluetooth dapat didistribusikan ke seluruh mobil.
Konsumen memerlukan sistem telepon sebagai kunci untuk dapat menentukan kapan telepon atau kunci fob berada dalam zona buka kunci kendaraan. Untuk memperkirakan lokasi smartphone atau key fob, sistem melakukan triangulasi sinyal yang diterima oleh berbagai modul satelit, yang didistribusikan ke seluruh mobil di tempat-tempat seperti pintu samping penumpang, panel goyang, bagasi, atau bumper.
Modul pusat kendaraan berkomunikasi dengan modul satelit menggunakan antarmuka komunikasi seperti bus CAN atau bus LIN. Modul pusat menggunakan data yang diterima dari setiap modul satelit untuk melakukan triangulasi lokasi smartphone atau key fob dan kemudian menentukan apakah akan memberikan akses masuk ke mobil. Gambar 2 mengilustrasikan bagaimana bus CAN dapat digunakan sebagai jaringan komunikasi utama antara modul pusat dan satelit.
Gambar 2. Bus CAN dapat diasumsikan sebagai jaringan komunikasi utama antara modul pusat dan satelit dalam jaringan sistem akses mobil Bluetooth.
Alamat bus CAN modul satelit memungkinkan modul pusat untuk menentukan modul satelit mana yang menerima data. Modul pusat mengaitkan CAN ID atau alamat unik dengan lokasi setiap modul satelit tertentu, yang ditentukan oleh desain sistem secara keseluruhan. Daripada memiliki PCB unik untuk setiap modul satelit, dengan alamat bus terprogram atau hard-coded, akan lebih menguntungkan untuk memiliki desain PCB tunggal yang menjalankan satu versi firmware untuk semua modul satelit. Ini menghindari biaya tambahan dan masalah logistik yang terkait dengan manufaktur dan manajemen inventaris dari enam, delapan, atau lebih unit yang hampir identik. Desain tunggal juga menyederhanakan manufaktur dengan memungkinkan pemasangan modul satelit yang sama di mana saja di dalam kendaraan.
Karena perangkat keras dan perangkat lunak node satelit semuanya identik dan tidak teralamatkan pada saat pemasangan, skema diperlukan yang memungkinkan modul pusat untuk menetapkan ID CAN atau alamat unik ke setiap modul satelit setelah pemasangan di mobil.
Pengalamatan otomatis berkabel:metode rantai daisy LIN
Saat ini, menetapkan alamat bus CAN ke modul satelit di mobil dilakukan dengan menggunakan jaringan komunikasi terpisah (seperti LIN) dengan satelit daisy-chain di bus (Gambar 3). Modul pusat mengirimkan alamat jaringan bus CAN ke node satelit pertama melalui bus LIN. Setelah selesai, node satelit pertama akan mengirimkan alamat berikutnya yang diterima dari modul pusat ke satelit kedua menggunakan bus LIN. Proses ini berlanjut hingga semua satelit menerima alamat CAN yang unik.
Gambar 3. Arsitektur pengalamatan otomatis ini menggunakan rantai daisy LIN untuk mengirimkan CAN ID unik ke satelit.
Skema ini membutuhkan dua lapisan fisik LIN (PHYs) per modul, satu untuk menerima data dan satu lagi untuk mengirimkan data. LIN PHY hanya digunakan selama operasi pengalamatan otomatis. Setelah satelit diprogram, semua komunikasi data standar dilakukan melalui bus CAN akses mobil. Sebuah mobil biasa mungkin memiliki enam hingga 12 modul satelit, yang berarti akan membutuhkan 14 hingga 26 LIN PHY untuk mendukung operasi pengalamatan otomatis satu kali, yang secara signifikan menambah BOM PCB, biaya sistem, dan kompleksitas kendaraan.
Pengalamatan otomatis berkabel:Metode satu kabel
Texas Instruments telah mengembangkan metode alternatif untuk mengurangi biaya BOM setiap modul dengan mengganti LIN PHY pengalamatan otomatis khusus dengan MOSFET dan beberapa resistor. Perbedaan utama dalam perangkat lunak pengalamatan otomatis skema ini adalah bahwa semua modul satelit diprogram untuk sistem chip Bluetooth (SoC) untuk mengabaikan bus CAN sampai sinyal bangun diterima di jalur P_IN. Gambar 4 menunjukkan diagram blok.
klik untuk gambar lebih besar
Gambar 4. Metode pengalamatan otomatis kabel tunggal menggantikan LIN PHY dengan MOSFET dan beberapa resistor.
Modul pusat memulai proses pengalamatan otomatis dengan mengirimkan sinyal modulasi lebar-pulsa (PWM) pada jalur P_IN1 menggunakan transistor efek medan Q1. Melalui pembagi tegangan, modul satelit pertama menerima sinyal bangun level baterai, P_IN1, memberi sinyal kepada MCU Bluetooth untuk "mendengarkan" bus CAN. Secara paralel, modul pusat mulai secara konstan mentransmisikan modul satelit pertama CAN ID pada bus CAN. Setelah modul satelit pertama menerima pesan CAN ID, modul tersebut akan mengirimkan pesan konfirmasi kembali ke modul pusat untuk mengakui penerimaan alamat yang benar. Setelah mengirim pesan yang diakui, modul satelit pertama mengirimkan sinyal bangun PWM ke modul satelit kedua, menandakan modul itu untuk mulai mendengarkan bus CAN dan menerima ID CAN barunya. Setelah modul pusat menerima pesan pengakuan dari modul satelit pertama, bus CAN akan terus-menerus mengirimkan pesan ID CAN modul satelit kedua sampai menerima pesan pengakuan dari modul satelit kedua.
Singkatnya, setiap modul satelit, satu per satu, membangunkan modul berikutnya untuk menerima ID CAN dari bus CAN. Modul pusat menambah CAN ID berikutnya yang ditransmisikan setelah menerima pesan pengakuan dari modul satelit yang dialamatkan sampai semua modul dialamatkan*.
Meskipun merupakan peningkatan, implementasi ini masih memerlukan perkabelan antara modul pusat dan masing-masing modul satelit seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Arsitektur pengalamatan otomatis kabel tunggal masih memerlukan kabel antara modul pusat dan satelit.
Pengalaman otomatis/penggantian kabel nirkabel
Texas Instruments juga telah mengembangkan metode pengalamatan otomatis yang menggunakan teknik pelokalan Bluetooth. Teknik ini memungkinkan modul satelit Bluetooth untuk diberi alamat CAN dari modul pusat selama pembuatan dan setelah modul diganti. Proses pengalamatan modul dimulai dengan modul yang ditentukan paling dekat dengan modul pusat dan berlanjut dalam urutan jarak terdekat hingga terjauh hingga modul terjauh dialamatkan. Lokasi sebenarnya tidak diperlukan, karena penempatan modul, teknik pengukuran, dan lingkungan modul akan menentukan jarak yang diukur. Jarak dn mewakili jarak yang diukur (dari indikasi kekuatan sinyal yang diterima Bluetooth [RSSI]), idealnya:
d1
Misalnya, Gambar 6 menunjukkan diagram blok dan jarak antara setiap modul dan modul pusat.
Gambar 6. Diagram ini menunjukkan jarak antara setiap modul dalam metode pengalamatan otomatis nirkabel dari modul pusat.
Dalam praktiknya, jarak sebenarnya dapat bervariasi dari jarak yang diukur karena karakteristik propagasi frekuensi radio (RF) dari ruang antara satelit tertentu dan modul pusat. Namun, selama jarak terukur dari setiap modul satelit konsisten berulang kali, dan tidak ada tumpang tindih antara jarak terukur dari beberapa modul, modul pusat dapat menanganinya dengan baik tanpa mengetahui lokasi persisnya di sekitar kendaraan karena jarak yang diukur akan selalu sama. dalam urutan yang sama dari terpendek ke terjauh. Oleh karena itu, modul pusat akan mengetahui, dari pengujian sebelumnya, bahwa modul pertama selalu merupakan pintu samping pengemudi (CAN alamat 1), modul kedua selalu bemper depan (CAN alamat 2), dan seterusnya.
Untuk memastikan skema pengalamatan otomatis akan bekerja dengan andal, pengujian yang cermat harus digunakan untuk memahami karakteristik setiap model kendaraan, sehingga memungkinkan untuk mengidentifikasi dan menyelesaikan masalah potensial apa pun. Misalnya, jika pengukuran jarak modul pusat antara dua atau lebih modul satelit yang tidak teralamatkan serupa atau sama, modul satelit yang dialamatkan sebelumnya dapat digunakan untuk melokalisasi modul yang tidak teralamatkan yang tidak dapat dibedakan oleh pusat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa modul satelit juga.
Gambar 7. Modul satelit yang dialamatkan sebelumnya dapat digunakan untuk melokalisasi modul yang tidak teralamatkan yang tidak dapat dibedakan oleh master.
Ketika modul pusat mampu melokalisasi satelit 1, 2, dan 6, tetapi tidak 3, 4, dan 5, modul satelit 2 kemudian digunakan untuk mengukur jarak untuk modul satelit 3, 4, dan 5. Sekali lagi, selama pengukuran jarak konsisten dan tidak ada tumpang tindih pengukuran jarak antar modul, modul satelit dapat ditangani dengan baik dan akan selalu ditangani dalam urutan yang sama.
Implementasi
Agar konsisten dengan lapisan profil akses generik (GAP) dari protokol Bluetooth Low Energy, kami akan merujuk ke modul pusat sebagai "pemindai" dan modul satelit sebagai "pengiklan." Lapisan GAP menangani mode akses dan prosedur perangkat, termasuk penemuan perangkat, pembuatan tautan, pemutusan tautan, inisiasi fitur keamanan, dan konfigurasi perangkat. Dua status perangkat yang relevan dengan pengalamatan otomatis adalah:
Pengiklan merespons dengan respons pemindaian; proses ini disebut penemuan perangkat. Perangkat pemindaian mengetahui perangkat iklan dan dapat memulai koneksi dengannya. Gambar 8 menunjukkan alur pengiklan dan pemindai di bawah.
Gambar 8. Diagram perangkat lunak Bluetooth Hemat Energi ini menunjukkan alur pengiklan dan pemindai.
Melihat Gambar 8, semua pengiklan akan beriklan dengan data tertentu, mereka akan menghasilkan nomor acak yang benar untuk digunakan sebagai bagian dari data iklan mereka. Ini menjamin tidak ada duplikasi simpul.
Pemindai akan memindai beberapa kali dan membaca nilai RSSI dari masing-masing pengiklan; kemudian akan menghitung rata-rata nilai RSSI untuk menentukan pengiklan yang paling dekat dengannya.
Pemindai akan mengirimkan permintaan PINDAI ke pengiklan terdekat; kemudian akan mengirimkan pesan CAN alamat otomatis dan menunggu konfirmasi pesan CAN dari pengiklan.
Pengiklan akan menggunakan SCAN_REQ untuk mengaktifkan alamat otomatis CAN. Ketika pengiklan menerima pesan CAN alamat otomatis, ia akan mengirim pesan CAN yang mengakui dan menghentikan iklan.
Langkah-langkah ini berulang hingga semua pengiklan mendapatkan alamat otomatis.
Hasil
Pengujian dilakukan menggunakan desain referensi modul satelit Bluetooth Low Energy + CAN akses mobil, bersama dengan harness 12 kaki. Pemisahan antara setiap konektor sekitar 6 kaki (Gambar 9).
klik untuk gambar lebih besar
Gambar 9. Pengaturan perangkat keras untuk pengujian mencakup desain referensi TIDA-020032.
Dan papan ditempatkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 (di mana d1 ~4 kaki dan d2 ~8 kaki):
Gambar 10. Diagram ini menunjukkan penempatan perangkat keras untuk pengujian.
Parameter Bluetooth Low Energy untuk pemindai adalah durasi pemindaian 1 detik dan jendela dan interval pemindaian 250 ms. Parameter Bluetooth Low Energy pengiklan untuk pengiklan diiklankan selama interval 100 ms. Selama setiap periode pengukuran, pemindai mengambil 10 sampel RSSI per node, dan membuat rata-rata setiap rangkaian pengukuran untuk menghasilkan nilai jarak terukur setiap pengiklan.
Membandingkan tiga skema pengalamatan otomatis
Hasil pengujian sebelumnya dirangkum Tabel 1, yang membandingkan penundaan relatif, keandalan, dan biaya implementasi dari masing-masing dari tiga teknik pengalamatan otomatis yang dibahas dalam artikel ini.
Tabel 1. Perbandingan teknik pengalamatan otomatis
Tabel 1 membandingkan hasil uji pengalamatan Bluetooth Low Energy nirkabel kami dengan dua teknik pengalamatan otomatis berkabel yang dibahas sebelumnya. Dari hasil tersebut, terlihat bahwa teknik wireless membutuhkan waktu kurang lebih 5 kali lebih lama dibandingkan dengan teknik wired. Respons yang lebih baik dan lebih cepat dapat dicapai dengan penyempurnaan lebih lanjut dari parameter jaringan Bluetooth Low Energy; ada ruang untuk perbaikan. Ini akan memerlukan pengujian lebih lanjut karena jarak sebenarnya dapat berbeda dari jarak yang diukur karena karakteristik propagasi RF yang terkait dengan lokasi khusus setiap node di dalam kendaraan (yaitu tantangan non-line-of-sight).
Pengalamatan otomatis nirkabel adalah solusi yang paling hemat biaya dari perspektif material, tidak memerlukan perangkat keras tambahan dan tidak ada kabel tambahan antar modul. Namun, untuk menikmati keuntungan ini, perancang sistem perlu melakukan pengujian untuk memberikan kinerja RF guna mengoptimalkan perangkat lunak dan memperhitungkan ketidakakuratan. Jika Anda lebih suka pendekatan kabel, metode pengalamatan otomatis kabel TI memerlukan penambahan beberapa komponen kecil dan murah ke BOM, bersama dengan kabel yang terhubung di antara setiap modul. Bersama-sama, mereka menyediakan serangkaian opsi saat memilih metode untuk menerapkan kemampuan pengalamatan otomatis untuk sistem akses mobil Bluetooth.
* Untuk detail tambahan dan hasil pengujian tentang metode pengalamatan otomatis kabel tunggal, lihat panduan desain referensi modul satelit Bluetooth Low Energy + CAN akses mobil Texas Instruments.
Referensi
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EDN.
Tertanam
Sebuah module adalah blok kode Verilog yang mengimplementasikan fungsi tertentu. Modul dapat disematkan di dalam modul lain dan modul tingkat yang lebih tinggi dapat berkomunikasi dengan modul tingkat yang lebih rendah menggunakan port input dan outputnya. Sintaks Sebuah modul harus diapit dalam mo
Parameter adalah konstruksi Verilog yang memungkinkan modul untuk digunakan kembali dengan spesifikasi yang berbeda. Misalnya, penambah 4-bit dapat diparameterisasi untuk menerima nilai jumlah bit dan nilai parameter baru dapat diteruskan selama pembuatan modul. Jadi, penambah N-bit bisa menjadi pen
Komponen dan persediaan Modul Sensor Getaran × 1 Kabel Jumper Pria/Wanita × 3 LED (generik) × 1 Arduino UNO Atau Arduino Mega × 1 Aplikasi dan layanan online Arduino IDE Tentang proyek ini Dalam proyek ini, kami akan menghubungkan
Komponen dan persediaan Arduino Due dari http://www.arduino.cc × 1 3.2 Modul Sentuh TFT 400*240 SD Dengan Perisai untuk Arduino Jatuh tempo Saya menggunakan yang dari Elechouse × 1 RTC DS3231 Jam waktu nyata dari Ebay × 1 GPS uBlox Neo 6M Modul GPS dari Ebay × 1
