Interface homem-máquina para carro elétrico baseada em Bluetooth Low Energy

Abstract

Os carros hoje em dia integram geralmente uma rede cablada de controladores conhecida como Controller Area Network (CAN), que estabelece a comunicação entre o computador de bordo de um carro e pequenas unidades de controlo eletrónicas (ECU – Electronic Control Unit). A crescente complexidade dos veículos implica um aumento na cablagem para possibilitar as conexões entre as ECUs. O uso de tecnologias sem fios foi proposto para a eliminação dos cabos, proporcionando a diminuição do peso, melhorando aspetos como o desempenho e a economia de combustível. Entre as várias tecnologias existentes, a escolhida para este trabalho foi o Bluetooth Low Energy (BLE). A finalidade desta dissertação é desenvolver um sistema de comunicação entre diversas partes de um carro elétrico e o seu utilizador através do uso de sensores ligados a módulos BLE e um dispositivo móvel. Para este propósito, efetuou-se uma série de procedimentos que visaram atingir diferentes objetivos: implementar e testar o desempenho da rede de comunicações sem fios BLE; desenvolver um protocolo de comunicação sobre UART para a recolha dos dados de sensores através de módulos BLE; desenvolver uma interface homem-máquina entre o condutor e o veículo com base num dispositivo móvel Android; integrar as partes desenvolvidas e testar o sistema no carro elétrico. A implementação da rede BLE teve em conta duas configurações: uma tendo como base somente módulos BLE CC2540, da Texas Instruments, e outra integrando tanto estes módulos como um smartphone Android. A implementação foi feita modularmente, com o objetivo de facilitar a identificação de problemas e respetivas soluções. O desempenho das diferentes partes do sistema desenvolvido foi avaliado com o auxílio de testes experimentais.

Most of modern cars include a wired network of controllers known as Controller Area Network (CAN), which establishes communication between the on-board car computer and small electronic control units (ECU). However, the increasing vehicle complexity leads to additional wiring to make connections among ECUs possible. The use of wireless technology was proposed to eliminate cables, providing a reduction in weight and improving performance and fuel economy. Among the multiple available wireless technologies, the one proposed for this work was Bluetooth Low Energy (BLE). The purpose of this dissertation is to develop a communication system among the different sections of an electric car and its user, through the use of sensors connected to BLE modules and a mobile device. In order to achieve this goal, a set of procedures was followed to perform different tasks and attain specific objectives: implement and test the performance of the Bluetooth Low Energy network (BLE); develop a communication protocol and carry out code tests to collect data from sensors through in-vehicle BLE modules; develop a graphic interface for an Android mobile device, to play the role of human-machine Interface); integrate all the developed parts and test the system in the electric car. The BLE network implementation was based on two configurations: one using only CC2540 BLE modules, and another integrating both these modules and an Android smartphone. The performance of the different parts of the developed system was evaluated with the aid of experimental tests.