El interior del automóvil ha experimentado una notable evolución durante la última década. Tradicionalmente se han venido empleando muchos botones, cada uno de ellos orientado para desempeñar una determinada función. En la actualidad los botones son más complejos y ofrecen varias funciones, menús y pantallas interactivas. Además, las funciones de conducción asistida se controlan de forma interactiva a través de la interfaz de usuario, aumentando así la complejidad en los vehículos modernos.


Si bien una iluminación ambiental sofisticada y controlable ha sido casi inexistente hasta el momento – salvo las funciones de retroiluminación – ahora se está convirtiendo en un estándar de facto en el diseño interior y exterior del coche.

El reto

Por lo que respecta al diseño de sistemas de iluminación ambiental, se hacen patentes algunas limitaciones para su fabricación. La guía de iluminación se encuentra sólo donde puede ser instalada fácilmente por los proveedores de cableado: de izquierda a derecha, en el espacio para los pies, etc. La guía de iluminación es difícil de colocar en el volante, la palanca de cambios y la consola superior ya que no están conectadas. Para evitar que haya tonos de colores diferentes se seleccionan los LED de luz ambiental de colores completamente distintos (luz ambiental azul en la guía de iluminación y anaranjada en los botones del volante). Nada puede ser más confuso que cuatro tonos de colores diferentes de rojo en otros tantos botones.

Cuando hay diferentes proveedores para la guía de iluminación, el volante, la consola superior y el módulo de la puerta, el reto es muy complicado. Además, los LED procederán de diferentes proveedores y lotes de fabricación, con diferentes curvas de envejecimiento y deriva de temperatura. Esto significa que el concepto de la iluminación ambiental no puede ser integrado por una compañía especializada en los botones del volante o de tipo táctil capacitivo, pero no en instalación de cableado, binning (agrupación), compensación o calibración en la fabricación de LED.

La innovación en el interior del automóvil, junto con la integración de la iluminación, es muy complicada. En la Figura 1, la luz se encuentra donde se pueda instalar fácilmente la guía, cerca de los indicadores o a los pies, pero no donde la iluminación tiene sentido desde el punto de vista del diseño. Además se pueden incorporar aspectos relacionados con la seguridad, como las integraciones en el volante o en la consola superior, como se puede ver en la Figura 2.

Figura 2: Concepto de iluminación ambiental en el futuro en un coche.


Los diferentes módulos de iluminación no se comunican de forma síncrona, por lo que es prácticamente imposible obtener efectos de luz dinámica. Por ejemplo, no se puede lograr una luz que se mueva de izquierda a derecha. Para conseguirlo hay que aplicar nuevas metodologías y técnicas de diseño, abriendo así la puerta a la próxima generación de diseños de iluminación en el interior de los vehículos. Imagine un vehículo autónomo de Nivel 3 en modo de conducción autónoma. Lo indicará por medio de un color verde o azul. Cuando el coche pida al conductor que asuma las funciones de la dirección concederá 10 segundos y se moverá de forma dinámica en color amarillo o rojo. Poco antes de que el conductor tome el control, parpadeará en color rojo.

La respuesta
ISELED tiene como objetivo resolver esta cuestión, integrando para ello un dispositivo inteligente dentro del módulo LED. Este módulo se encargará de realizar la compensación de la temperatura de color, el binning y la calibración. Gracias a ello, los LED responderán de forma idéntica sea cual sea el lote de fabricación, a lo largo del tiempo y para cualquier temperatura. Cada LED mostrará la misma temperatura de color con exactitud, superando así los retos a los que se han venido enfrentando los fabricantes de coches hasta ahora. La calibración se llevará a cabo en cada LED y los principales fabricantes, como OSRAM y DOMINANT Opto, ya están produciendo estos LED.

Otra ventaja es la capacidad de la cadena de conectar más de 4.000 nodos con una velocidad de transmisión de datos muy alta de 2 Mbps, como ilustra la Figura 3. Con esta especificación es posible lograr nuevos efectos de luz dinámica de diverso tipo, así como mezclar colores. Otras posibilidades dentro de las aplicaciones de luz trasera tipo matrix, iluminación exterior y control de retroiluminación de la pantalla son las diferentes etapas de atenuación dinámica de la retroiluminación LED para aumentar el contraste y la calidad del color.

Figura 3: Configuración de una cadena de ISELED a 2Mbps.

Soluciones de Microchip
En la práctica se necesitará un microcontrolador para establecer la comunicación con la cadena de LED ISELED y ello exige un protocolo especial con un motor serie compatible con ISELED. La ventaja que ofrece una solución basada en un microcontrolador de Microchip con periféricos independientes del núcleo (Core Independent Peripherals, CIP) es que estos conjuntos de bloques únicos se pueden interconectar sin lógica intermedia ni otros elementos periféricos, flip flops (biestables), etc. Gracias a todo ello, Microchip puede crear un periférico ISELED recurriendo únicamente a hardware y sin la carga que suponen el software y la CPU del procesador. Estas funciones permiten controlar los LED ISELED incluso con el microcontrolador más sencillo y pequeño de 8 bit. Microchip también ofrece soporte a ISELED en todos sus microcontroladores hasta llegar a su modelo AUTOSAR de 32 bit y altas prestaciones con 2MB (Figura 4).

Figura 4: Microcontroladores a través de diferentes aplicaciones.

Además, esta capacidad les permite implementar y combinar otros conjuntos de bloques de diseño principales, impulsando así aún más la innovación. Uno de estos bloques funcionales puede ser LIN, un cargador inicial, un módulo de control táctil capacitivo o un sensor de detección de proximidad capacitivo. Con el ancho de banda restante, estas soluciones se pueden completar con CIP, el mínimo software y el menor número de ciclos de la CPU. Por ejemplo, la familia de microcontroladores PIC18F K42 incorpora un módulo ISELED y un UART LIN con un hardware de máquina de estado LIN con funciones de interrupción síncrona (Sync Break) y velocidad de transmisión automática (Autobaud) del UART. Esta familia de microcontroladores se fabrica con un módulo de hardware CAPTouch.

Figura 5: Microcontroladores con ISELED y soluciones LIN a ISELED en un solo chip.

Un candidato único dentro del catálogo de 32 bit de Microchip es la familia de dispositivos SAM HA1, que integra volcado de carga Vbat, LDO y transceptor LIN, así como módulos ISELED, UART LIN y PTC con detección táctil capacitiva. Por tanto, se puede implementar una solución de un solo chip, como LIN a ISELED, junto con un módulo interior de detección de proximidad, en un encapsulado de 5x5mm. Esta es la solución para ISELED más pequeña del mercado. La Figura 5 muestra una lista de los microcontroladores actualmente disponibles para ISELED.

Para configurar y habilitar el periférico ISELED, la configuración del módulo está integrada en un archivo descargable por separado denominado MPLAB Code Configurator. Gracias a este configurador de la interfaz gráfica de usuario, los periféricos se pueden configurar con solo pulsar el ratón. También se puede combinar con otros periféricos, como módulos táctiles y LIN.

Figura 6: MPLAB Code Configurator para ISELED.

El configurador de código se puede descargar de forma gratuita en la web de Microchip o a través de un representante. Para ello se ha de aceptar un acuerdo de licencia de evaluación gratuito como el de la Figura 6. Microchip también ofrece tarjetas de desarrollo para sus microcontroladores. Estas tarjetas incorporan opciones de conexión sencilla para el hardware ISELED como se puede ver en la Figura 7 (también hay otras opciones disponibles para el transceptor LIN y los sensores táctiles capacitivos). Una vez conectadas las cadenas de ISELED puede empezar a funcionar el configurador de código y el desarrollo se completa rápidamente. El objetivo es disponer de la innovación que proporciona ISELED de la manera más rápida y fácil que sea posible.

Figura 7: Tarjeta de desarrollo con módulo de conexión ISELED.

Conclusión
La iluminación interior RGB ha generado problemas complicados para la fabricación. Esta complejidad limitó la innovación en muchas aplicaciones de vehículos que intentan combinar otras funciones con iluminación ambiental. ISELED y Microchip superan estas barreras técnicas y de fabricación con el fin de llevar innovación a la iluminación y en otras aplicaciones, como la combinación de sensores, detección de proximidad y de las manos.
Microchip cuenta con un catálogo completo que permite el uso de ISELED con microcontroladores, desde modelos de gama alta de 32 bit hasta los más sencillos, económicos y de bajo consumo de 
8 bit. Microchip ofrece combinaciones de LIN a ISELED, fuente de alimentación y detección capacitiva. Se suministran incluso en un dispositivo de un solo chip y utilizan el encapsulado más pequeño de LIN a ISELED, cuyo tamaño es de 5x5mm. Los CIP se pueden configurar con el MPLAB Code Configurator gratuito de Microchip y la versión de evaluación gratuita de ISELED. Finalmente, la fuente se puede descargar en una tarjeta de desarrollo flexible que ofrece una solución innovadora y completa de alto nivel que acorta el plazo de comercialización con un bajo coste de inversión.