基于CAN總線的汽車儀表設(shè)計

藺彬碧

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

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

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

對于駕駛員來說，汽車儀表最能直觀了解汽車運行情況。汽車工業(yè)的快速發(fā)展使得人們的要求越來越高，電子化控制的汽車儀表隨處可見。傳統(tǒng)機(jī)械電氣式儀表已經(jīng)難以滿足人們的需求，發(fā)展性能好、信息容量大、電子控制程度高的汽車儀表是該領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢。本文針對CAN總線汽車儀表進(jìn)行了系統(tǒng)功能介紹以及硬件軟件設(shè)計，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

汽車儀表在汽車行駛過程中為駕駛員提供汽車的各項工作信息，如汽車行駛的速度、里程數(shù)、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速等，有利于駕駛員發(fā)現(xiàn)汽車在行駛過程中產(chǎn)生的問題，及時采取相應(yīng)的措施，避免問題進(jìn)一步擴(kuò)大。除此之外，CAN總線汽車儀表對車載設(shè)備及汽車的各運行部分進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)問題，CAN總線汽車儀表將會發(fā)出警報，并采取措施制止問題進(jìn)一步擴(kuò)大。在發(fā)出警報時警報圖標(biāo)會閃爍不同顏色的光，代表事故的強(qiáng)弱，發(fā)光的同時也伴隨著語音警報等。另外，CAN總線汽車儀表可以根據(jù)用戶自己的喜好設(shè)置個性化界面，無論是儀表界面的顏色、圖形順序及大小等都可自行設(shè)置，滿足用戶的個性化要求。

2.2 CAN通信功能

CAN總線汽車儀表系統(tǒng)設(shè)置了外設(shè)及擴(kuò)展接口，能夠進(jìn)行信息交換，實現(xiàn)通信功能。用戶可根據(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?yán)走_(dá)等，在節(jié)省用戶時間的同時也為用戶出行帶來便利。另外，設(shè)計CAN總線汽車儀表的基礎(chǔ)條件，不同的模塊功能不同，則其設(shè)計準(zhǔn)則各不相同。

3 硬件設(shè)計

3.1 硬件整體設(shè)計

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

在汽車行駛的過程中，駕駛員應(yīng)實時了解汽車的工作狀況，例如汽車行駛的速度、汽車行駛的里程數(shù)、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、汽車油箱是否油料充足、汽車剎車系統(tǒng)貯氣瓶壓力等各種信息，根據(jù)了解的信息采取對應(yīng)措施解決問題。而CAN總線汽車儀表能迅速反映汽車的各項指標(biāo)信息，便于駕駛員了解汽車行駛狀態(tài)，解決問題。CAN總線汽車儀表可以根據(jù)用戶自己的喜好設(shè)置個性化的界面，具有豐富的人機(jī)交互功能。

3.2 CAN通信設(shè)計

CAN總線模塊的主要組成部分為CAN控制器和CAN總線收發(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總線收發(fā)器主要功能是接收控制器處理過的信號，主要包括車輛的速度、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

汽車通過接口電路來接收車速以及轉(zhuǎn)速等脈沖信號，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)揮糾正脈沖信號與光電隔離的作用。

3.4 電源設(shè)計

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，并且有固定的振蕩器，可以利用極少的外圍器件來輸送高效、穩(wěn)壓的電流。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件整體設(shè)計

CAN總線汽車儀表的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計模式，包含不同的設(shè)計模塊，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應(yīng)的任務(wù)，負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度。CAN通訊模塊通過通訊設(shè)備來完成對信息的傳輸與發(fā)送工作;數(shù)據(jù)采集及處理模塊主要通過脈沖信號可完成對模擬信號的采集與處理工作;液晶顯示模塊可以顯示汽車的工作狀態(tài)，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

4.2 CAN總線設(shè)計

在進(jìn)行CAN總線設(shè)計時，應(yīng)以CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開展設(shè)計工作，首先將數(shù)據(jù)接口進(jìn)行初始化，之后再完成對數(shù)據(jù)的接收、存儲、處理及分類等工作，在FLASH中儲存接收到的分類處理過的信息，最后由儀表盤將這些信息顯示出來。下圖3為CAN總線接收數(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)接收完成后對報文進(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

對人機(jī)界面的設(shè)計主要采用LED燈與液晶屏、觸摸屏相結(jié)合的顯示方法。汽車的轉(zhuǎn)向燈、警示燈等車燈均采用LED燈，采用觸摸屏，顯示車速、里程、燃油剩余量及報警系統(tǒng)等。CAN總線汽車儀表盤主要有綜合與組合顯示兩種界面，一般來說，為了駕駛員在行車過程中比較直觀地了解車輛的工作情況，會多采用綜合顯示界面，該界面信息比較直觀，所有行車基本信息一目了然，便于駕駛員了解情況，也能夠降低安全風(fēng)險。

5 電磁抗干擾設(shè)計

汽車的工作環(huán)境相對復(fù)雜，影響汽車儀表工作的原因較多，如車內(nèi)外溫差、氣壓差、汽車自身振動等。除此之外，在行駛過程中使用的電子設(shè)備會對汽車儀表產(chǎn)生電磁干擾。所以，在設(shè)計CAN總線汽車儀表時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。汽車儀表產(chǎn)生干擾有空間干擾、供電系統(tǒng)干擾及過程通道干擾等三種情況，分別通過電磁波輻射、電源以及相互通道進(jìn)入系統(tǒng)。一般來說，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)壓型輸出的方法來避免產(chǎn)生電源干擾;利用光電耦合器來避免產(chǎn)生過程通道干擾。另外，對于軟件電磁干擾，可以利用電路監(jiān)視系統(tǒng)對運行過程中的電磁干擾進(jìn)行監(jiān)測，在系統(tǒng)受到干擾時及時使其復(fù)位。

6 結(jié)論

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

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