Sebbene fino ad ora l'illuminazione ambientale sofisticata e controllabile fosse pressoché inesistente – a parte le funzioni di retroilluminazione – sta diventando di fatto uno standard nel design degli interni e degli esterni delle automobili.

La sfida

: per quanto riguarda la progettazione dei sistemi di illuminazione ambientale, emergono alcune limitazioni produttive. La guida luminosa è posizionata solo in punti facilmente installabili dai fornitori di cablaggi: da sinistra a destra, nel vano piedi, ecc. È difficile posizionare la guida luminosa sul volante, sulla leva del cambio e sulla console superiore, poiché questi elementi non sono collegati. Per evitare diverse tonalità di colore, sono stati scelti LED ambientali di colori completamente diversi (luce ambientale blu sulla guida luminosa e arancione sui pulsanti del volante). Nulla potrebbe essere più confusionario di quattro diverse tonalità di rosso su quattro pulsanti diversi.

Quando si utilizzano fornitori diversi per la guida luminosa, il volante, la console superiore e il modulo porta, la sfida diventa molto complessa. Inoltre, i LED provengono da fornitori e lotti di produzione differenti, con curve di invecchiamento e variazioni di temperatura variabili. Ciò significa che il concetto di illuminazione ambientale non può essere integrato da un'azienda specializzata in pulsanti per volante o touchscreen capacitivi, ma non in installazione del cablaggio, selezione, compensazione o calibrazione nella produzione di LED.

L'innovazione negli interni automobilistici, compresa l'illuminazione integrata, è molto complessa. Nella Figura 1, l'illuminazione è posizionata in un punto in cui la guida può essere facilmente installata, vicino alla strumentazione o ai piedi, ma non in un punto in cui l'illuminazione avrebbe senso dal punto di vista del design. Inoltre, è possibile integrare elementi legati alla sicurezza, come ad esempio l'illuminazione nel volante o nella console superiore, come mostrato nella Figura 2.

Figura 2: Concetto di illuminazione ambientale in un'automobile nel futuro.


I diversi moduli di illuminazione non comunicano in modo sincrono, rendendo praticamente impossibile ottenere effetti di illuminazione dinamici. Ad esempio, è impossibile creare una luce che si muova da sinistra a destra. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario applicare nuove metodologie e tecniche di progettazione, aprendo così la strada alla prossima generazione di design per l'illuminazione interna dei veicoli. Immaginate un veicolo a guida autonoma di livello 3 in modalità di guida autonoma. Questa modalità verrà segnalata da un colore verde o blu. Quando l'auto chiederà al conducente di riprendere il controllo del volante, attenderà 10 secondi e si muoverà dinamicamente in giallo o rosso. Poco prima che il conducente riprenda il controllo, lampeggerà di rosso.

La
soluzione ISELED mira a risolvere questo problema integrando un dispositivo intelligente all'interno del modulo LED. Questo modulo gestirà la compensazione della temperatura di colore, il binning e la calibrazione. Di conseguenza, i LED avranno prestazioni identiche indipendentemente dal lotto di produzione, nel tempo e a qualsiasi temperatura. Ogni LED visualizzerà esattamente la stessa temperatura di colore, superando le difficoltà che i produttori automobilistici hanno dovuto affrontare finora. La calibrazione verrà eseguita su ogni singolo LED e produttori leader come OSRAM e DOMINANT Opto stanno già producendo questi LED.

Un ulteriore vantaggio è la capacità della catena di connettere oltre 4.000 nodi con una velocità di trasmissione dati molto elevata di 2 Mbps, come illustrato nella Figura 3. Questa specifica consente di ottenere diversi tipi di nuovi effetti di illuminazione dinamica, nonché la miscelazione dei colori. Altre possibilità nell'ambito delle applicazioni di retroilluminazione a matrice, illuminazione esterna e controllo della retroilluminazione degli schermi includono diverse fasi di attenuazione dinamica della retroilluminazione a LED per migliorare il contrasto e la qualità del colore.

Figura 3: Configurazione di una catena ISELED a 2 Mbps.

Soluzioni Microchip:
In pratica, per comunicare con la stringa di LED ISELED è necessario un microcontrollore, che richiede un protocollo specifico con un motore seriale compatibile con ISELED. Il vantaggio di una soluzione basata su un microcontrollore Microchip con Core Independent Peripherals (CIP) è che questi blocchi unici possono essere interconnessi senza logica intermedia o altri elementi periferici, flip-flop, ecc. Grazie a ciò, Microchip può creare una periferica ISELED utilizzando solo hardware, senza il peso del software e dell'elaborazione della CPU. Queste caratteristiche consentono di controllare i LED ISELED anche con il più semplice e piccolo microcontrollore a 8 bit. Microchip offre inoltre il supporto ISELED in tutti i suoi microcontrollori, fino al modello AUTOSAR a 32 bit ad alte prestazioni con 2 MB (Figura 4).

Figura 4: Microcontrollori in diverse applicazioni.

Inoltre, questa capacità consente loro di implementare e combinare altri blocchi di progettazione fondamentali, stimolando ulteriormente l'innovazione. Uno di questi blocchi potrebbe essere un modulo LIN, un bootloader, un modulo di controllo touch capacitivo o un sensore di prossimità capacitivo. Con la larghezza di banda rimanente, queste soluzioni possono essere completate utilizzando CIP, software minimo e il minor numero possibile di cicli CPU. Ad esempio, la famiglia di microcontrollori PIC18F K42 incorpora un modulo ISELED e una UART LIN con hardware a stati LIN dotato di interrupt sincrono (Sync Break) e funzionalità autobaud per la UART. Questa famiglia di microcontrollori è prodotta con un modulo hardware CAPTouch.

Figura5: Microcontrollori con soluzioni ISELED e LIN to ISELED su un singolo chip.

Un candidato unico nel catalogo a 32 bit di Microchip è la famiglia di dispositivi SAM HA1, che integra un convertitore di tensione Vbat, un LDO e un transceiver LIN, nonché moduli ISELED, UART LIN e PTC con rilevamento tattile capacitivo. Pertanto, una soluzione a chip singolo, come LIN per ISELED, insieme a un modulo interno di rilevamento di prossimità, può essere implementata in un package da 5x5 mm. Questa è la soluzione ISELED più piccola sul mercato. La Figura 5 mostra un elenco dei microcontrollori attualmente disponibili per ISELED.

Per configurare e abilitare la periferica ISELED, la configurazione del modulo è integrata in un file scaricabile separato denominato MPLAB Code Configurator. Grazie a questa interfaccia grafica, la periferica può essere configurata con un semplice clic del mouse. Può inoltre essere combinata con altre periferiche, come i moduli touch e LIN.

Figura 6: Configuratore di codice MPLAB per ISELED.

Il configuratore di codice può essere scaricato gratuitamente dal sito web di Microchip o tramite un rappresentante. È necessario accettare un contratto di licenza di valutazione gratuita, come mostrato in Figura 6. Microchip offre anche schede di sviluppo per i suoi microcontrollori. Queste schede integrano semplici opzioni di connessione per l'hardware ISELED, come mostrato in Figura 7 (sono disponibili anche altre opzioni per il transceiver LIN e i sensori tattili capacitivi). Una volta collegate le stringhe ISELED, è possibile utilizzare il configuratore di codice e completare rapidamente lo sviluppo. L'obiettivo è rendere l'innovazione offerta da ISELED il più semplice e veloce possibile.

Figura 7: Scheda di sviluppo con modulo di connessione ISELED.

Conclusione:
L'illuminazione interna RGB ha presentato complesse sfide produttive. Questa complessità ha limitato l'innovazione in molte applicazioni automobilistiche che tentano di combinare altre funzioni con l'illuminazione ambientale. ISELED e Microchip superano queste barriere tecniche e produttive per portare innovazione nell'illuminazione e in altre applicazioni, come l'integrazione di sensori, il rilevamento di prossimità e il rilevamento della mano.
Microchip offre un portfolio completo che consente l'utilizzo di ISELED con microcontrollori, dai modelli a 32 bit di fascia alta ai modelli a 8 bit più semplici, economici e a basso consumo. Microchip offre combinazioni di LIN per ISELED, alimentazione e rilevamento capacitivo. Queste sono disponibili anche in un dispositivo a singolo chip e utilizzano il package LIN per ISELED più piccolo, di soli 5x5 mm. I CIP possono essere configurati utilizzando il configuratore di codice MPLAB gratuito di Microchip e la versione di valutazione gratuita di ISELED. Infine, il codice sorgente può essere scaricato su una scheda di sviluppo flessibile, offrendo una soluzione di alto livello innovativa e completa che riduce i tempi di commercializzazione con un basso costo di investimento.