一種基于CAN總線的汽車儀表控制器

【摘 要】如今，汽車向節能、低碳、安全和舒適等方面的趨勢發展，CAN總線的汽車儀表控制器具有高集成化、高穩定性等特性，可以符合更多復雜信息的處理功能要求。

【關鍵詞】CAN總線 集成 儀表控制器

【中圖分類號】U463.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）03-0005-02

近年來，隨著汽車工業的快速發展和電子控制技術的不斷完善，各種功能的電子器件越來越復雜。目前，汽車儀表已經由最初的基于機械作用力工作的機械式儀表發展到全數字形式。汽車組合儀表也變為車輛主要信息的顯示單元，駕駛員運用此平臺了解汽車各種狀況，也可以通過其直觀、實時、動態地掌握車輛的各項數據。由于汽車電子電器數量的急劇增多，汽車的相關連接導線的數量和車身的重量也有所增加，網絡和總線技術在此期間雖然有了很大的發展，但是還不能完全解決汽車電子系統的增加帶來的數據傳輸的安全性、可靠性，車內線纜總長度太長導致車重增加的問題，當今社會研究一種基于CAN總線的汽車儀表控制器是汽車發展的需要。

組合儀表系統主要由下列幾個部分組成：車速表、轉速表、水溫表、燃油量表以及大小里程表，另外還有故障報警燈、系統照明及里程存儲數據。CAN總線的汽車儀表控制器系統硬件結構框圖如圖1所示。

CAN總線的汽車儀表控制器系統內部的單片機接收到的信號來自車速、轉速、溫度、油量等傳感器信號的采集，汽車儀表為汽車駕駛員提供各種汽車數據信息，是汽車的信息交換窗口，能夠集中、直觀地顯示汽車在行駛過程中的各種動態數據。一種基于CAN總線的汽車儀表控制器的單片機接收到的信號來自車速、轉速、溫度、油量等傳感器信號的采集，主控芯片接受其他CAN總線的節點信號數據，如轉速信號、報警信號等一些數據信息，經主控芯片及時處理后在LCD實時顯示。可以方便快捷地顯示各種動態數據，同時為了防止里程數據丟失，主控芯片執行的程序中將里程值的變化保存到數據存儲模塊中。其中車速是脈沖信號，車速傳感器輸出的脈沖信號經過濾波、整形后輸出標準的方波信號，送入單片機完成速度的測景運算。

CAN總線的汽車儀表控制器系統的硬件電路設計主要有以下幾個方面：電源電路模塊設計；CAN總線通信接口模塊設計；步進電機驅動模塊設計；LCD液晶顯示模塊以及一些常用的狀態指示、報警燈等。

本系統控制器選擇飛思卡爾公司型號為MC9S12X的16位單片機。這是一款集多種專用功能于一身，可用于設計汽車儀表盤的芯片，芯片本身具有液晶驅動和步進電機驅動等功能，飛思卡爾的芯片特點也比較適合國內汽車對于經濟高效儀表盤的要求。MC9S12X芯片需要采用段碼式LCD，控制器芯片內部具有4個步進電機驅動控制器。為了防止斷電以后汽車里程數據丟失，系統采用了可讀寫數據的存儲器芯片（EEPROM）存儲數據。MC9S12X控制的汽車行駛每1km里程更新一次數據，并且保存在存儲器中。

電源電路設計變壓器選用的轉換芯片低壓降線性穩壓器，內含過流保護、過溫保護、短路保護等多種特性，將汽車供給系統提供的12V電壓轉化成單片機需要的5V電壓供電。此外，該芯片也可以輸出3.3V的電壓。

CAN總線的汽車儀表控制器系統由于利用飛思卡爾公司的MC9S12X芯片加以控制，外加儀表整合功能具有五大優勢：（1）有效支持分布式控制和實時控制；（2）能集中、直觀、實時地顯示汽車在行駛過程中的各種數據信息；（3）技術穩定性好、可靠性高、抗干擾能力強、通訊速度快、維護成本低；（4）由于單片機的控制其數據測試的正確性比較高；（5）可以方便快捷地顯示各種動態數據，以及啟動也比較簡單容易。

CAN總線的汽車儀表控制器系統主要的工作流程為：首先電源電路通過變壓器將汽車供給系統提供的12V電壓轉化成單片機需要的5V電壓供電；之后CAN控制器通過MC9S12X的芯片與收發器構成一個CAN總線節點，用于高速CAN總線的傳輸，各種模擬信號經過芯片的端口，進而經過微控制器的調節送入到主控單元MC9S12X中，完成各種模擬信號的收集；單片機根據CAN總線收發器傳送過來的數據，主要為車速、轉速、水溫和油量等實時動態測得的數據，得到單片機的計算處理后，經步進電機的驅動，從而使車速、轉速、水溫和油量指針到達指定的位置；LCD顯示器也將單片機處理后的一些數據如車速、大小里程、燃油量、水溫、機油壓力、系統電壓值等駕駛操作信息實時滾動地顯示出來，利于用戶清晰、直觀地了解汽車的工作性能。

CAN總線的汽車儀表控制器系統工作流程如圖2。

其中車速的信號是脈沖信號，需要使用方波信號，所以車速傳感器輸出的脈沖信號經過濾波、整形后輸出標準的方波信號，送入單片機完成速度的測量運算；而燃油位置傳感器采集的是模擬信號，經過前端電壓信號的處理轉換、CAN

總線的收送后，送入單片機轉換器，經過單片機的運算處理后，通過CAN總線接口將采集到的數據發送LCD顯示模塊實現數字化顯示，同時單片機的步進電機驅動端口控制步進電機，通過指針控制其數據值精確地顯示。

基于MC9S12X主控芯片設計可以實現CAN總線汽車數字式組合儀表。CAN總線儀表控制系統大大地提高了組合儀表的精度，實現了對各指針的精確控制。該組合儀表經過調節測試，運行穩定、功能可靠，具有一定的市場推廣與應用價值。

參考文獻

[1]孫同景主編.Freescale 9S12十六位單片機原理及嵌入式開發技術[M].北京：機械工業出版社，2008

[2]馮正斌.基于CAN總線的汽車數字儀表系統設計[D].山東理工大學，2011

〔責任編輯：龐遠燕〕