Embora a iluminação ambiente sofisticada e controlável tenha sido praticamente inexistente até agora – com exceção das funções de retroiluminação – está a tornar-se um padrão de facto no design de interiores e exteriores de automóveis.

O Desafio

: Relativamente ao projecto de sistemas de iluminação ambiente, tornam-se evidentes algumas limitações de fabrico. O guia de iluminação está localizado apenas onde pode ser facilmente instalado pelos fornecedores de cablagem: da esquerda para a direita, no espaço para os pés, etc. O guia de iluminação é difícil de posicionar no volante, na alavanca da caixa de velocidades e na consola superior, uma vez que estas não estão ligadas. Para evitar diferentes tonalidades de cor, foram selecionados LEDs de cores completamente diferentes para a iluminação ambiente (luz ambiente azul no guia de iluminação e laranja nos botões do volante). Nada poderia ser mais confuso do que quatro tons diferentes de vermelho em quatro botões diferentes.

Quando existem diferentes fornecedores para o guia de iluminação, volante, consola superior e módulo da porta, o desafio torna-se muito complexo. Além disso, os LED provêm de diferentes fornecedores e lotes de fabrico, com curvas de envelhecimento e deriva térmica variáveis. Isto significa que o conceito de iluminação ambiente não pode ser integrado por uma empresa especializada em botões de volante ou ecrãs tácteis capacitivos, mas não em instalação de cablagem, classificação, compensação ou calibração no fabrico de LEDs.

A inovação em interiores automóveis, juntamente com a iluminação integrada, é bastante complexa. Na Figura 1, a iluminação está localizada onde o carril guia pode ser facilmente instalado, junto aos indicadores ou aos pés, mas não onde a iluminação faz sentido do ponto de vista do design. Além disso, podem ser incorporadas características relacionadas com a segurança, como integrações no volante ou na consola superior, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2: Conceito de iluminação ambiente no futuro de um automóvel.


Os diferentes módulos de iluminação não comunicam de forma síncrona, sendo praticamente impossível alcançar efeitos de iluminação dinâmicos. Por exemplo, é impossível criar uma luz que se mova da esquerda para a direita. Para o conseguir, novas metodologias e técnicas de design devem ser aplicadas, abrindo assim caminho para a próxima geração de projetos de iluminação interior de veículos. Imagine um veículo autónomo de Nível 3 em modo de condução autónoma. Ele indicará isso com uma cor verde ou azul. Quando o automóvel solicitar ao condutor que assuma o controlo da direção, aguardará 10 segundos e deslocar-se-á dinamicamente a amarelo ou vermelho. Pouco antes de o condutor assumir o controlo, piscará a vermelho.

A
solução ISELED visa resolver este problema integrando um dispositivo inteligente no módulo LED. Este módulo será responsável pela compensação da temperatura de cor, classificação e calibração. Como resultado, os LED terão um desempenho idêntico, independentemente do lote de fabrico, ao longo do tempo e a qualquer temperatura. Cada LED exibirá exatamente a mesma temperatura de cor, superando os desafios enfrentados pelos fabricantes de automóveis até à data. A calibração será realizada em cada LED individualmente, e fabricantes líderes como a OSRAM e a DOMINANT Opto já estão a produzir estes LEDs.

Outra vantagem é a capacidade da cadeia ligar mais de 4.000 nós com uma velocidade de transmissão de dados muito elevada, de 2 Mbps, como se pode observar na Figura 3. Esta especificação possibilita a criação de vários tipos de novos efeitos de iluminação dinâmica, bem como a mistura de cores. Outras possibilidades em aplicações de retroiluminação matricial, iluminação exterior e controlo de retroiluminação de ecrãs incluem diferentes fases de regulação dinâmica da retroiluminação LED para melhorar o contraste e a qualidade das cores.

Figura 3: Configuração de uma cadeia ISELED a 2 Mbps.

Soluções Microchip:
Na prática, é necessário um microcontrolador para estabelecer comunicação com a cadeia de LEDs ISELED, o que requer um protocolo especial com um mecanismo série compatível com ISELED. A vantagem de uma solução baseada num microcontrolador Microchip com Periféricos Independentes do Núcleo (CIPs) é que estes conjuntos de blocos exclusivos podem ser interligados sem lógica intermédia ou outros elementos periféricos, flip-flops, etc. Graças a isto, a Microchip pode criar um periférico ISELED utilizando apenas hardware, sem a sobrecarga de software e processamento da CPU. Estas características permitem que os LEDs ISELED sejam controlados mesmo com o microcontrolador de 8 bits mais simples e compacto. A Microchip também suporta ISELED em todos os seus microcontroladores, até ao modelo AUTOSAR de 32 bits de alto desempenho com 2 MB (Figura 4).

Figura 4: Microcontroladores em diferentes aplicações.

Além disso, esta capacidade permite implementar e combinar outros blocos de construção essenciais do projeto, impulsionando ainda mais a inovação. Um destes blocos de construção pode ser um módulo LIN, um bootloader, um módulo de controlo táctil capacitivo ou um sensor de proximidade capacitivo. Com a largura de banda restante, estas soluções podem ser concluídas utilizando CIP (Computer-In-Place), software mínimo e o menor número possível de ciclos de CPU. Por exemplo, a família de microcontroladores PIC18F K42 incorpora um módulo ISELED e uma UART LIN com hardware de máquina de estados LIN, apresentando interrupção síncrona (Sync Break) e funcionalidade de autobaud para a UART. Esta família de microcontroladores é fabricada com um módulo de hardware CAPTouch.

Figura5: Microcontroladores com soluções ISELED e LIN para ISELED num único chip.

Um candidato singular no catálogo de 32 bits da Microchip é a família de dispositivos SAM HA1, que integra um circuito de despejo de carga Vbat, um LDO e um transceptor LIN, bem como módulos ISELED, UART LIN e PTC com sensor de toque capacitivo. Portanto, uma solução de chip único, como a conversão de LIN para ISELED, juntamente com um módulo interno de sensor de proximidade, pode ser implementada num encapsulamento de 5x5 mm. Esta é a solução ISELED mais pequena disponível no mercado. A Figura 5 mostra uma lista dos microcontroladores actualmente disponíveis para ISELED.

Para configurar e ativar o periférico ISELED, a configuração do módulo está integrada num ficheiro separado para download, denominado MPLAB Code Configurator. Graças a esta interface gráfica de utilizador, o periférico pode ser configurado com um simples clique do rato. Também pode ser combinado com outros periféricos, como módulos de toque e LIN.

Figura 6: Configurador de código MPLAB para ISELED.

O configurador de código pode ser descarregado gratuitamente do site da Microchip ou através de um representante. Isto requer a aceitação de um contrato de licença de avaliação gratuita, como se pode ver na Figura 6. A Microchip também oferece placas de desenvolvimento para os seus microcontroladores. Estas placas incorporam opções de ligação simples para o hardware ISELED, como se pode ver na Figura 7 (estão também disponíveis outras opções para o transceptor LIN e sensores de toque capacitivos). Uma vez que as strings ISELED estejam ligadas, o configurador de código pode ser utilizado e o desenvolvimento é concluído rapidamente. O objetivo é tornar a inovação proporcionada pelo ISELED o mais rápida e fácil possível.

Figura 7: Placa de desenvolvimento com módulo de ligação ISELED.

Conclusão:
A iluminação interior RGB apresentou desafios de fabrico complexos. Esta complexidade limitou a inovação em muitas aplicações de veículos que procuram combinar outras funções com a iluminação ambiente. A ISELED e a Microchip ultrapassam estas barreiras técnicas e de fabrico para trazer inovação à iluminação e a outras aplicações, como a integração de sensores, a deteção de proximidade e a deteção de mãos.
A Microchip oferece um portfólio abrangente que permite a utilização da ISELED com microcontroladores, desde modelos de 32 bits de gama alta até modelos de 8 bits mais simples, acessíveis e de baixo consumo de energia. A Microchip oferece combinações de LIN para ISELED, fonte de alimentação e sensores capacitivos. Estas opções estão disponíveis mesmo num único chip e utilizam o menor encapsulamento LIN para ISELED, medindo apenas 5x5 mm. Os CIP podem ser configurados utilizando o MPLAB Code Configurator gratuito da Microchip e a versão de avaliação gratuita da ISELED. Por fim, o código-fonte pode ser descarregado para uma placa de desenvolvimento flexível, oferecendo uma solução inovadora e abrangente de alto nível que reduz o tempo de lançamento no mercado com um baixo custo de investimento.