藺彬碧

摘 要：文中針對(duì)總線(xiàn)汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，主要介紹了汽車(chē)儀表系統(tǒng)的主要功能，對(duì)硬件及軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、電磁抗干擾設(shè)計(jì)，具有交互功能的人機(jī)界面為人們駕駛汽車(chē)帶來(lái)便利，滿(mǎn)足汽車(chē)儀表的要求。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)功能 CAN總線(xiàn) 汽車(chē)儀表 設(shè)計(jì)

Design of Automobile Instrument Based on CAN Bus

Lin Binbi

Abstract：The article elaborates on the bus instrument design scheme of automobile， mainly introduces the main functions of automobile instrument system， and designs the hardware and software， electromagnetic anti-jamming design， and the human-machine interface with interactive functions so as to bring convenience to people driving cars， and meet the requirements of automotive instrumentation.

Key words：system function， CAN bus， automobile instrument， design

1 引言

對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，汽車(chē)儀表最能直觀(guān)了解汽車(chē)運(yùn)行情況。汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展使得人們的要求越來(lái)越高，電子化控制的汽車(chē)儀表隨處可見(jiàn)。傳統(tǒng)機(jī)械電氣式儀表已經(jīng)難以滿(mǎn)足人們的需求，發(fā)展性能好、信息容量大、電子控制程度高的汽車(chē)儀表是該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。本文針對(duì)CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表進(jìn)行了系統(tǒng)功能介紹以及硬件軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了電磁抗干擾介紹，儀表系統(tǒng)以ARM為控制核心芯片，彩色觸摸屏LED作為人機(jī)界面。

2 系統(tǒng)整體功能

2.1 顯示功能

汽車(chē)儀表在汽車(chē)行駛過(guò)程中為駕駛員提供汽車(chē)的各項(xiàng)工作信息，如汽車(chē)行駛的速度、里程數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等，有利于駕駛員發(fā)現(xiàn)汽車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，避免問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大。除此之外，CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表對(duì)車(chē)載設(shè)備及汽車(chē)的各運(yùn)行部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表將會(huì)發(fā)出警報(bào)，并采取措施制止問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大。在發(fā)出警報(bào)時(shí)警報(bào)圖標(biāo)會(huì)閃爍不同顏色的光，代表事故的強(qiáng)弱，發(fā)光的同時(shí)也伴隨著語(yǔ)音警報(bào)等。另外，CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表可以根據(jù)用戶(hù)自己的喜好設(shè)置個(gè)性化界面，無(wú)論是儀表界面的顏色、圖形順序及大小等都可自行設(shè)置，滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化要求。

2.2 CAN通信功能

CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表系統(tǒng)設(shè)置了外設(shè)及擴(kuò)展接口，能夠進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)通信功能。用戶(hù)可根據(jù)需求下載相關(guān)信息到儀表中，例如便于導(dǎo)航的地圖以及倒車(chē)?yán)走_(dá)等，在節(jié)省用戶(hù)時(shí)間的同時(shí)也為用戶(hù)出行帶來(lái)便利。另外，設(shè)計(jì)CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表的基礎(chǔ)條件，不同的模塊功能不同，則其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則各不相同。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件整體設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)的核心是ARM芯片LPC2478，LPC2478的存儲(chǔ)器接口具有128位寬度。LPC2478 內(nèi)部集成了CAN、LCD控制器等，CAN總線(xiàn)接口主要接收車(chē)載 CAN模塊。

在汽車(chē)行駛的過(guò)程中，駕駛員應(yīng)實(shí)時(shí)了解汽車(chē)的工作狀況，例如汽車(chē)行駛的速度、汽車(chē)行駛的里程數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、汽車(chē)油箱是否油料充足、汽車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)貯氣瓶壓力等各種信息，根據(jù)了解的信息采取對(duì)應(yīng)措施解決問(wèn)題。而CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表能迅速反映汽車(chē)的各項(xiàng)指標(biāo)信息，便于駕駛員了解汽車(chē)行駛狀態(tài)，解決問(wèn)題。CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表可以根據(jù)用戶(hù)自己的喜好設(shè)置個(gè)性化的界面，具有豐富的人機(jī)交互功能。

3.2 CAN通信設(shè)計(jì)

CAN總線(xiàn)模塊的主要組成部分為CAN控制器和CAN總線(xiàn)收發(fā)器。CAN控制器主要的功能是將收集到的信息進(jìn)行處理，之后將處理結(jié)果發(fā)送給各單元進(jìn)行具體執(zhí)行。CAN總線(xiàn)收發(fā)器主要功能是接收控制器處理過(guò)的信號(hào)，主要包括車(chē)輛的速度、里程等基本信息，除此之外，還需將相關(guān)信息發(fā)送給控制器。

3.3 接口電路設(shè)計(jì)

汽車(chē)通過(guò)接口電路來(lái)接收車(chē)速以及轉(zhuǎn)速等脈沖信號(hào)，圖1為脈沖接口的電路圖。如圖所示，比較器LM393和高速光隔器6N137為電路中的主要器件，它們分別發(fā)揮糾正脈沖信號(hào)與光電隔離的作用。

3.4 電源設(shè)計(jì)

儀表系統(tǒng)的電源為24V的蓄電池，而電路中的CAN收發(fā)器芯片的輸入電壓為5V，因此應(yīng)利用LM2575穩(wěn)壓器將電源的電壓降為5V之后使用。LM2575穩(wěn)壓器具有內(nèi)部保護(hù)電路完善等優(yōu)勢(shì)，并且有固定的振蕩器，可以利用極少的外圍器件來(lái)輸送高效、穩(wěn)壓的電流。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件整體設(shè)計(jì)

CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)模式，包含不同的設(shè)計(jì)模塊，主要有主程序模塊、CAN通訊模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊、LCD 顯示模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等部分。各模塊所發(fā)揮的作用不盡相同，其中主程序模塊的主要作用是集中調(diào)整各子模塊處理其對(duì)應(yīng)的任務(wù)，負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度。CAN通訊模塊通過(guò)通訊設(shè)備來(lái)完成對(duì)信息的傳輸與發(fā)送工作;數(shù)據(jù)采集及處理模塊主要通過(guò)脈沖信號(hào)可完成對(duì)模擬信號(hào)的采集與處理工作;液晶顯示模塊可以顯示汽車(chē)的工作狀態(tài)，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

4.2 CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，首先將數(shù)據(jù)接口進(jìn)行初始化，之后再完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、處理及分類(lèi)等工作，在FLASH中儲(chǔ)存接收到的分類(lèi)處理過(guò)的信息，最后由儀表盤(pán)將這些信息顯示出來(lái)。下圖3為CAN總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)流程圖，如圖所示，在系統(tǒng)初始化之后讀入總線(xiàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)接收中斷后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷接收的數(shù)據(jù)是否符合接收條件，對(duì)于符合接收條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，否則不予以接收。數(shù)據(jù)接收完成后對(duì)報(bào)文進(jìn)行判斷并讀取、解析、處理數(shù)據(jù)。

4.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

對(duì)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)主要采用LED燈與液晶屏、觸摸屏相結(jié)合的顯示方法。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向燈、警示燈等車(chē)燈均采用LED燈，采用觸摸屏，顯示車(chē)速、里程、燃油剩余量及報(bào)警系統(tǒng)等。CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表盤(pán)主要有綜合與組合顯示兩種界面，一般來(lái)說(shuō)，為了駕駛員在行車(chē)過(guò)程中比較直觀(guān)地了解車(chē)輛的工作情況，會(huì)多采用綜合顯示界面，該界面信息比較直觀(guān)，所有行車(chē)基本信息一目了然，便于駕駛員了解情況，也能夠降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 電磁抗干擾設(shè)計(jì)

汽車(chē)的工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，影響汽車(chē)儀表工作的原因較多，如車(chē)內(nèi)外溫差、氣壓差、汽車(chē)自身振動(dòng)等。除此之外，在行駛過(guò)程中使用的電子設(shè)備會(huì)對(duì)汽車(chē)儀表產(chǎn)生電磁干擾。所以，在設(shè)計(jì)CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表時(shí)需要考慮多種影響因素，必須提升儀表系統(tǒng)的抗干擾能力。汽車(chē)儀表產(chǎn)生干擾有空間干擾、供電系統(tǒng)干擾及過(guò)程通道干擾等三種情況，分別通過(guò)電磁波輻射、電源以及相互通道進(jìn)入系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，可采用光電耦合器避免產(chǎn)生電磁干擾;采用寬電壓輸入、隔離穩(wěn)壓型輸出的方法來(lái)避免產(chǎn)生電源干擾;利用光電耦合器來(lái)避免產(chǎn)生過(guò)程通道干擾。另外，對(duì)于軟件電磁干擾，可以利用電路監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的電磁干擾進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)受到干擾時(shí)及時(shí)使其復(fù)位。

6 結(jié)論

總線(xiàn)化設(shè)計(jì)是未來(lái)汽車(chē)儀表發(fā)展的主流趨勢(shì)，本文，針對(duì)總線(xiàn)汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，介紹了汽車(chē)儀表的系統(tǒng)功能及硬件軟件設(shè)計(jì)、電磁抗干擾設(shè)計(jì)，具有交互功能的人機(jī)界面為人們駕駛汽車(chē)帶來(lái)便利。

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