張兢晶

摘要：為了滿足雷達整車智能配電系統(tǒng)模塊化的設計需求，本文設計了一種的顯控管理模塊。該模塊基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的單片機設計，通過一路CAN總線與其他內(nèi)部執(zhí)行模塊進行組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)對內(nèi)部執(zhí)行模塊的通信與控制，通過RS232串口通訊將配電數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕中，用戶可以通過觸屏或按鍵對執(zhí)行模塊進行控制。此外，顯控管理模塊還可以通過以太網(wǎng)或另一路CAN總線與上級系統(tǒng)進行通信，將雷達整車的配電參數(shù)整合到上級監(jiān)控系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：雷達整車智能配電 顯控管理模塊 CAN總線通信 觸屏 液晶顯示

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0001-02

1 引言

隨著雷達整車系統(tǒng)對后級設備用電狀況的信息越來越重視，對安全性和智能化管理的要求越來越高，傳統(tǒng)的配電已經(jīng)不能滿足雷達整車操作的需求。為此，一套能夠綜合采集、監(jiān)控、保護及顯示各級配電設備信息的智能化、模塊化的配電系統(tǒng)，能夠極大程度的提高生產(chǎn)、調(diào)試、維修的效率，也給用戶對雷達整車系統(tǒng)的供電管理帶來全新的體驗。

顯控管理模塊作為雷達整車智能配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要采用現(xiàn)代計算機、信息處理、通信及觸摸液晶屏顯示等技術(shù)，完成對配電網(wǎng)和負載的運行進行監(jiān)視、管理和控制，是整車配電系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。

2 整體設計

整個配電系統(tǒng)是基于模塊化的設計思路，顯控管理模塊作為系統(tǒng)的核心管理控制模塊，主要通過CAN總線對內(nèi)部執(zhí)行模塊進行通信、從而實現(xiàn)控制、配電數(shù)據(jù)的采集與實時顯示。顯控模塊原理框圖如圖1所示，顯控模塊包括了基于ARM內(nèi)核的高性能單片機、通信單元、電源轉(zhuǎn)換單元、按鍵控制單元以及液晶顯示單元。

3 單元設計

3.1 單片機介紹

顯控模塊的單片機采用的是基于ARM內(nèi)核的STM32F407ZGT6芯片，工作頻率可以達到168MHz。該芯片使用廣泛，接口齊全，它最多有140個I/O口，3路12位A/D轉(zhuǎn)換器，2路12位D/A轉(zhuǎn)換器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全滿足了本設計的要求。

3.2 通信單元

顯控模塊的通信單元主要包括對內(nèi)通信和對外通信。對外通信使用以太網(wǎng)或CAN通訊方式，將配電數(shù)據(jù)傳輸給上位機。對內(nèi)通訊采用CAN總線方式進行連接組網(wǎng)，實現(xiàn)對后級執(zhí)行模塊的控制與管理。

網(wǎng)口電路采用ARM內(nèi)部MAC控制器結(jié)合以太網(wǎng)PHY控制器（DP83848IVV），通過RMII連接模式，經(jīng)隔離變壓器（H1102NL）輸入輸出，實現(xiàn)網(wǎng)口通信。CAN接口采用ARM內(nèi)部兩路CAN控制器，結(jié)合隔離CAN總線收發(fā)器（ADM3053BRZ），構(gòu)成雙CAN通訊網(wǎng)絡。

3.3 電源轉(zhuǎn)換單元

電源轉(zhuǎn)換單元采用MINMAX公司DC/DC模塊MCWI05-24S05。先將輸入24V電源轉(zhuǎn)換成5V，然后再使用78D33三端穩(wěn)壓器，轉(zhuǎn)換成芯片所需要的3.3V。電路圖如圖2所示。

MCWI系列DC/DC模塊采用SIP-8封裝，具有小體積（21.8*9.3mm），較高的輸出效率（83%），且具有4：1寬輸入特性，輸入電壓范圍在9V～36V，輸出功率為5W。

3.4 按鍵控制單元

為了實現(xiàn)配電系統(tǒng)的本控加電操作，顯控管理模塊預留了16路本控非持續(xù)動作型按鍵，可以對16個執(zhí)行模塊進行加斷電操作。此外，上位機同樣有按鍵電平控制信號，對執(zhí)行模塊進行邏輯控制。

按鍵電路采用光耦隔離方式，可以有效的隔離按鍵供電對單片機控制電路的影響。電路圖如圖3所示。

3.5 液晶顯示單元

液晶顯示單元選擇了英碩自動化公司的EPP320-0571-35觸摸液晶屏幕。該屏幕不僅僅是一款顯示器，它相當于一個小型的嵌入式顯示終端，可以執(zhí)行所有控制器上能運行的軟件組件?？梢酝ㄟ^Automation Studio編程工具進行編程。

該液晶終端外置了串口、網(wǎng)口、USB等通訊接口，便于開發(fā)和調(diào)試，從硬件資源上已經(jīng)可以完全滿足項目設計要求，同時其顯示系統(tǒng)比較清晰，5.7寸的顯示屏，分辨率達到了QVGA級，用戶的使用體驗優(yōu)于一般市面上的液晶屏。此外，軟件開發(fā)環(huán)境Automation Studio功能強大，使用戶可以較為簡單的設計出友好的操作界面，其多任務的操作系統(tǒng)Automation Runtime設計思路和豐富的底層庫函數(shù)使用戶可以寫出健壯的控制顯示程序。

4 軟件設計

顯控模塊主要包含2個部分的軟件設計：單片機軟件設計和液晶顯示器的軟件設計。

4.1 單片機軟件設計

單片機的軟件設計主要是利用MDK-ARMKeilv4.7開發(fā)軟件對STM32F407進行編程設計。

顯控模塊的單片機程序包含兩個部分：主程序（main）和中斷服務程序（ISR）。系統(tǒng)的主程序簡單，主要完成了一些外設的初始化和TIM等設備中斷的初始化，其中UART通訊速率設定為115200bit/s，CAN通訊速率設定為500kbit/s。系統(tǒng)的中斷服務程序由三級中斷嵌套而成，分別為定時器中斷級別第三（最低），UART接收中斷級別第二，用于液晶模塊的通信，CAN接收中斷級別第一（最高），用于內(nèi)部CAN總線通信。

ISR中的定時器中斷服務周期為100ms，所有其他功能函數(shù)以及其他中斷服務函數(shù)均必須在這100ms內(nèi)完成。選擇該設計方式主要為了達到兩個目的：其一是以100ms為控制周期的主要目的是在用戶最快反應周期（0.1s）內(nèi)完成對液晶模塊內(nèi)容的更新，使得液晶模塊能夠?qū)崟r顯示所有子設備的運行信息，提高用戶體驗和使用感受；其二是該設計方式可以確定系統(tǒng)對外部事件的響應速度，對配電系統(tǒng)的實時性得到一定控制和預測。

定時器中斷服務函數(shù)主要完成了對液晶模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的CRC-16校驗、對按鍵的防抖掃描、對液晶模塊操作指令和按鍵操作指令的綜合判斷和信息同步、對CAN總線上從設備的控制指令發(fā)送和設備周期輪詢，其函數(shù)流程圖如圖4所示。

4.2 液晶模塊軟件設計

液晶模塊的軟件設計主要是利用Automation Studio軟件對EPP320屏幕進行編程，編程包括界面的設計和后臺程序的編寫。在Automation Studio中設計界面非常簡單，軟件內(nèi)部已經(jīng)提供了大量的顯示對象供用戶使用，大多數(shù)的顯示對象提供了特定唯一的控制變量，通過后臺的變量聲明和捆綁環(huán)節(jié)，用戶可以通過更改控制變量來更改顯示對象的效果。軟件設計的界面如圖5、圖6所示。圖5為智能配電平臺的總界面，可以顯示后級設備的工作狀態(tài)信息，圖6是其中一個設備的詳細頁面，在詳細頁面內(nèi)會具體的顯示該設備的運行信息，例如電壓、電流、溫度等，并可以人為的復位或更改其內(nèi)部保護門限參數(shù)。

5 實物展示（圖7）

6 結(jié)語

該顯控模塊已經(jīng)完成調(diào)試，并已安裝于雷達整車智能配電系統(tǒng)之中。全系統(tǒng)已經(jīng)順利通過項目實測驗收，在功能上，穩(wěn)定性上，操作性上都滿足項目設計要求。

參考文獻

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