Auto-adresseringsschema's vergelijken voor Bluetooth auto-toegangssystemen

Bluetooth Low Energy (BLE) auto-toegangssystemen hebben typisch een centrale module en meerdere satelliet-knooppunten die communiceren over een Controller Area Network (CAN) of Local Interconnect Network (LIN) bus. De satellieten zijn strategisch rond het voertuig geplaatst om het BLE-bereik uit te breiden.

Ontwerpers streven ernaar satelliet-fabricatie te stroomlijnen door een enkel PCB-ontwerp en identieke firmware over alle knooppunten te gebruiken. Deze uniformiteit vereist echter een on-board-mechanisme voor de centrale module om unieke CAN- of LIN-adressen aan elke satelliet toe te wijzen na installatie.

Traditionele bedrade benaderingen emploëren een toegewijde LIN daisy-chain om CAN-ID's tijdens fabricatie te distribueren. De LIN-interface wordt dan gedisabled voor de levensduur van het voertuig. Een alternatief reduceert bill-of-materials (BOM)-kosten door de toegewijde LIN-bus te vervangen met een minimaal discreet circuit. Een echte wireless-optie elimineert extra hardware volledig, door de bestaande BLE-infrastructuur te benutten om de adresstoewijzing uit te voeren.

Door de noodzaak voor toegewijde LIN-hardware te verwijderen, snijdt de wireless-methode bekabeling, BOM, en de overhead van voorraden en assembleren van onnodige componenten. Dit artikel beoordeelt eerst bedrade auto-adresseringstechnieken voordat het in de wireless-benadering duikt.

Moderne auto-toegangssystemen adopteren increasingly BLE voor phone-as-a-key of digital-key-functies. Deze systemen opereren als passive-entry, passive-start setups maar vervangen traditionele key-fobs met een chauffeur's smartphone. Een typische configuratie bestaat uit één centrale module en zes tot twaalf satelliet-modules, elk in staat om BLE-signalen van de telefoon of key-fob te ontvangen (Figuur 1).

Voor het phone-as-a-key-systeem om te ontgrendelen, moet de centrale module bepalen wanneer de smartphone of key-fob binnen de ontgrendelingszone van het voertuig is. Dit wordt bereikt door signalen die ontvangen worden door meerdere satelliet-modules verdeeld over strategische locaties zoals passagiersdeuren, rocker-panelen, kofferruimen, en bumpers te trianguleren.

De centrale module communiceert met de satellieten via CAN of LIN. Gebruikmakend van de data van elke satelliet, trianguleert het de smartphone-locatie en besluit of toegang verleend wordt. Figuur 2 illustreert een CAN-gebaseerde communicatietopologie.

Het CAN-adres van elke satelliet laat de centrale module de bron van binnenkomende data identificeren. Het toewijzen van een uniek CAN-ID of adres aan elke satelliet is essentieel voor correcte operatie. In plaats van een distinct PCB voor elke satelliet hard-coded, prefereren fabricanten een enkel PCB-ontwerp met dezelfde firmware op alle knooppunten draaiend. Deze benadering reduceert inventariscomplexiteit en stelt installatie van dezelfde module in elke voertuiglocatie in staat.

Omdat alle satellieten identiek en onadresseerd zijn bij installatie, is een post-installatie auto-adresseringsschema vereist.

Bedrade auto-adressering: LIN daisy-chain methode

Momenteel gebruiken veel OEM's een aparte LIN-bus voor eenmalige CAN-adresstoewijzing. De centrale module stuurt een CAN-adres over LIN naar de eerste satelliet; dat knooppunt doorstuurt het volgende adres naar de tweede satelliet, enzovoort (Figuur 3). Elke module vereist twee LIN-PHY's – één voor transmissie en één voor ontvangst – alleen gebruikt tijdens auto-adressering. Met zes tot twaalf satellieten kan een voertuig 14 tot 26 LIN-PHY's nodig hebben, wat de BOM en complexiteit opblaast.

Bedrade auto-adressering: Single-wire methode

Texas Instruments introduceerde een kostbesparend alternatief dat de LIN-PHY's vervangt met een MOSFET en een paar weerstanden. In dit schema negeren alle satellieten de CAN-bus tot een wake-signaal ontvangen wordt op de P_IN-lijn (Figuur 4). De centrale module initieert het proces door P_IN1 te pulseren door Q1. De eerste satelliet ontvangt het wake-signaal, begint te luisteren naar de CAN-bus, en ontvangt zijn CAN-ID. Na bevestiging van ontvangst, stuurt het het wake-signaal naar de volgende satelliet, en de sequentie herhaalt zich tot elk knooppunt geadresseerd is.

Hoewel deze methode componenten-aantal reduceert, vereist het nog steeds een toegewijde bekabelingsverbinding tussen de centrale module en elke satelliet (Figuur 5).

Wireless auto-adressering / kabelvervanging

Een andere TI-oplossing elimineert extra bekabeling volledig door BLE-lokalisatie te gebruiken. Tijdens fabricatie of module-vervanging, wijst de centrale module CAN-adressen toe gebaseerd op gemeten afstanden (afgeleid van RSSI). Satellieten dichtstbijzijnde de centrale module ontvangen de laagste CAN-ID's, gevolgd door progressiever ver modules. De daadwerkelijke fysieke locatie is niet nodig; consistentie in gemeten afstanden garandeert herhaalbare adressering.

Bijvoorbeeld, als de gemeten afstanden voldoen aan d1 < d6 < d5 < d2 < d4 < d3, kan de centrale module betrouwbaar adressen 1 tot 6 toewijzen. Als twee satellieten gelijkaardige afstanden produceren, kan een al-geadresseerde satelliet dienen als secundaire referentie om ze te differentiëren (Figuur 7).

Implementatiedetails

In lijn met het Generic Access Profile (GAP) van BLE, wordt de centrale module de "scanner" genoemd en de satellieten de "advertisers". De GAP-laag beheert device-discovery, link-standvastiging, en beveiliging. Twee kernstatussen zijn:

• Advertiser: Zendt connectbare advertising-data uit, inclusief een uniek device-adres en optionele naam.
• Scanner: Scant voor advertenties, stuurt scan-requests, en initieert verbindingen.

Tijdens auto-adressering, broadcast elke advertiser met een random-identifier om duplicatie te voorkomen. De scanner meet herhaaldelijk RSSI, gemiddelt de waarden, en selecteert de dichtstbijzijnde advertiser. Het stuurt dan een scan-request, transmiteert het auto-adres CAN-bericht, en wacht op bevestiging. Bij bevestiging stopt de advertiser met advertisen en gaat door naar de volgende knooppunt. Deze cyclus herhaalt zich tot alle satellieten geadresseerd zijn.

Resultaten

Testen emploëerde TI's Bluetooth Low Energy + CAN-satelliet-referentie-ontwerp en een 12-ft harness met ~6-ft spacing tussen connectors (Figuur 9). De scanner gebruikte een 1s scan-duur met een 250ms window/interval; advertisers adverteerden elke 100ms. Tien RSSI-samples werden per knooppunt genomen, en het gemiddelde werd gebruikt om afstand te schatten.

Tabel 1 vat de vertraging, betrouwbaarheid, en implementatiekost van de drie methoden samen. De wireless-benadering loopt ruwweg vijf keer langere adresseringstijd vergeleken met bedrade schema's, maar biedt de laagste BOM en elimineert bekabeling. Prestaties kunnen verbeterd worden door BTE-parameters te verfijnen en rekening te houden met RF-propagatievariaties.

Gedetailleerde single-wire-testdata, raadpleeg TI's car-access Bluetooth Low Energy + CAN-satelliet-module-referentiegids. Bij het kiezen van een auto-adresseringsstrategie, overweeg kost, bekabelingscomplexiteit, en de behoefte aan post-fabricatie-flexibiliteit.

* Voor additionele details en testresultaten over de single-wire auto-adresseringsmethode, raadpleeg de Texas Instruments car-access Bluetooth Low Energy + CAN-satelliet-module referentie-ontwerpgids.

Referenties

1. Bluetooth core-specificaties
2. The Standard for Connection Sets New Standards in Safety, Bluetooth SIG

>> Dit artikel was oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EDN.