UART (Evrensel Asenkron Alıcı/Verici) Protokolü Nedir? Nasıl Çalışır? Otomotiv Uygulamaları
Otomotiv sektörü, dijital teknolojilerin hızla entegrasyonu sayesinde köklü bir dönüşüm yaşamaya devam etmektedir. Araçlar sürücü ve yolculara güvenlik, konfor ve teknolojik hizmetler sunmak amacıyla çok sayıda elektronik kontrol ünitesi (ECU) ve sensör barındırmaktadır. Bu karmaşık sistemlerin uyum içinde ve etkin bir şekilde çalışabilmesi için, aralarındaki iletişimin güvenilir, hızlı ve kesintisiz olması hayati bir öneme sahiptir.
Araç içi iletişim protokolleri, farklı uygulama ve gereksinimlere uygun olarak çeşitlilik göstermektedir. CAN (Denetleyici Alan Ağı); yüksek hız ve güvenilirlik gerektiren motor kontrolü, fren sistemleri ve hava yastığı gibi kritik güvenlik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. LIN (Yerel Bağlantı Ağı) ise daha düşük hız ve maliyet gerektiren klima kontrolü, koltuk ayarları ve aydınlatma gibi ikincil sistemlerde tercih edilmektedir. FlexRay ve MOST gibi diğer protokoller de yüksek bant genişliği ve hata toleransı gerektiren uygulamalar için geliştirilmiştir.
UART (Evrensel Asenkron Alıcı/Verici) protokolü ise otomotiv sektöründe önemli bir rol oynamaktadır. Basitliği ve maliyet etkinliği sayesinde, özellikle sensörler ve yardımcı cihazlar arasında veri iletişimi sağlamak için ideal bir çözüm sunar. Seri iletişim protokolü olan UART, iki elektronik cihaz arasında veri alışverişini sağlar.
UART nedir?
UART (Evrensel Asenkron Alıcı/Verici), iki elektronik cihaz arasında veri alışverişini kolaylaştıran bir seri iletişim protokolüdür. CAN (Denetleyici Alan Ağı) veya LIN (Yerel Bağlantı Ağı) gibi diğer iletişim protokollerinin aksine, UART asenkrondur, yani veri iletimi cihazlar arasında paylaşılan bir saat sinyaline dayanmaz. Bunun yerine, UART, verileri bir iletişim kanalı üzerinden bir seferde bir bit iletir ve bu da özellikle yüksek hızlı veya karmaşık iletişimin gerekli olmadığı uygulamalar için daha basit ve daha uygun maliyetli hale getirir.
UART Nasıl Çalışır?
UART, özünde, ileten cihazdan gelen paralel verileri, daha sonra bir iletişim hattı üzerinden bit bit gönderilen seri bir veri akışına dönüştürür. Alıcı tarafta, UART, seri veri akışını cihazın işleyebileceği paralel verilere geri dönüştürerek bu işlemi tersine çevirir.
Haberleşen cihazlar Master ve Slave olarak ikiye ayrılır. Bu cihazlar iki kablo ile haberleşir. Bu kablolardan bir tanesi Tx yani veriyi ileten hat, diğeri ise Rx yani veriyi alan hat olarak isimlendirilir. Master cihazının Tx hattı Slave cihazının Rx hattına bağlanmalıdır. Aynı şekilde Slave cihazının Tx hattı Master cihazının Rx hattına bağlanır. Veri akışı bu sayede sağlanır. Örnek olarak bilgisayarı Master cihazı olarak tanımlayabiliriz. Haberleşmek istenilen donanımdaki işlemciyle bilgisayara bağlanan ara bir kablo sayesinde veri gönderilir ve veri iletişimi sağlanabilir.
UART İletişiminin Temel Bileşenleri:
Başlangıç Biti: UART iletişimi, veri iletiminin başlangıcını işaret eden bir başlangıç bitiyle başlar.
Veri Çerçevesi: İletilen gerçek veri, yapılandırmaya bağlı olarak genellikle 5 ila 9 bit ile çerçevelenir.
Eşlik Biti (İsteğe Bağlı): Temel hata tespiti için bir eşlik biti eklenebilir.
Durdurma Biti: İletim, veri çerçevesinin sonunu belirtmek için bir veya daha fazla durdurma bitiyle sonlanır. UART asenkron olduğundan, verici ve alıcının baud hızı (iletim hızı), veri uzunluğu ve durdurma biti yapılandırması gibi belirli parametreler üzerinde anlaşması gerekir; böylece başarılı bir iletişim sağlanır. Bu basitlik, UART'ı verilerin bir aracın alt sistemleri gibi kısa mesafelerde iletildiği uygulamalar için ideal bir çözüm haline getirir.
Örnek bir paket yapısı olarak; #A,01,92! gösterilebilir. Bu pakette örneğin ‘#’ başlangıç biti olsun. Master cihazından bir paket geldiği zaman Slave cihazı ‘#’ ile başlayan paketleri işleyecektir, diğer anlamsız paketleri işleme sokmaz. ‘A’ ise komutun türünü belirtebilir. Örneğin LED yakma ve söndürme ile ilgili paketleri tanımlamak için kullanılabilir. ‘01’ ise hangi LED’in yakılacağı bilgisini taşıyan bit olarak ayarlanabilir. ‘92’ ise paketin CRC değerini gösteren bit olarak ayarlanabilir. ‘!’ ise paketin son bitini temsil eder. Bu şekilde ihtiyaca göre çeşitli paketle oluşturulabilir.
Otomotiv Sistemlerinde UART Uygulamaları
UART'ın basit tasarımı ve düşük maliyeti, onu çeşitli otomotiv uygulamaları için çekici bir seçim haline getirir. Bazı yaygın kullanımlar şunlardır:
Sensör Veri İletişimi: Sıcaklık veya basınç sensörleri gibi modern araçlardaki birçok sensör, verileri merkezi kontrol ünitelerine iletmek için UART kullanır.
Tanılama ve Bakım: UART arayüzleri genellikle yerleşik tanılama (OBD) sistemleri ile harici tanılama araçları arasındaki iletişim için kullanılır ve teknisyenlerin hata kodlarını veya araç performans verilerini almasına olanak tanır.
Çevre Birimi İletişimi: UART, gerçek zamanlı veri iletimi gerekli olan ancak yüksek hız gerektirmeyen ekranlar, GPS modülleri ve eğlence sistemleri gibi çevre birimleriyle arayüz oluşturmak için yaygın olarak kullanılır.
Diğer Otomotiv İletişim Protokolleri
Otomotiv iletişim dünyasında, her biri farklı görevler için uygun olan çeşitli protokoller mevcuttur:
CAN (Denetleyici Alan Ağı): CAN, özellikle motor kontrolü, frenleme ve hava yastığı dağıtımı gibi kritik sistemler için araç içi iletişim için en popüler protokollerden biridir. Yüksek hız ve güvenilirlik sunarak, hata toleransı gerektiren gerçek zamanlı uygulamalar için idealdir.
LIN (Yerel Bağlantı Ağı): LIN, iklim kontrolü, pencere işlemleri ve koltuk ayarları gibi kritik olmayan işlevler için kullanılan uygun maliyetli, daha yavaş bir protokoldür. LIN, CAN'den daha az sağlam olsa da yüksek hızlı iletişim gerektirmeyen görevler için yeterlidir.
FlexRay: Bu protokol, gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) ve otonom araç kontrolü gibi hem yüksek veri hızları hem de hata toleransı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
MOST (Medya Odaklı Sistem Taşımacılığı): MOST, araçlardaki ses, video ve bilgi-eğlence sistemleri gibi yüksek bant genişliğine sahip uygulamalar için tasarlanmıştır.
Otomotiv Uygulamalarında UART Seçimi
UART en gelişmiş protokol olmasa da özellikle basitlik, düşük maliyet ve uygulama kolaylığının önemli olduğu sistemler için belirli senaryolarda belirgin avantajlara sahiptir. UART'ın basitliği hem donanım hem de yazılım maliyetini düşürür. Sensör arayüzü veya teşhis gibi yüksek veri aktarım hızları gerektirmeyen sistemler için UART verimli bir çözüm sunar. UART, karmaşık ağ veya adresleme mekanizmalarına ihtiyaç duymadan iki cihaz arasında doğrudan iletişim için oldukça uygundur.
Sonuç
UART, özellikle basitlik, maliyet etkinliği ve güvenilirliğin hız veya karmaşıklıktan daha kritik olduğu uygulamalarda, modern otomotiv iletişim sistemlerinde önemli bir rol oynar. Sensörler ve kontrol üniteleri arasında veri alışverişini kolaylaştırmaktan bakım amaçlı teşhis iletişimi sağlamaya kadar, UART otomotiv endüstrisinde temel bir protokol olmaya devam etmektedir. Bestaş firması olarak gösterge panellerimizden DC-DC dönüştürücülere, On-Board Charger’dan hız sensörlerimize kadar birçok alanda UART haberleşme protokolü uzman mühendislerimiz tarafında kullanılmaktadır.
Araçlar giderek daha karmaşık hale geldikçe, sistemlerine daha fazla sensör ve ECU entegre edildikçe, UART gibi çeşitli iletişim protokollerine olan ihtiyaç artmaya devam edecektir.
