基于串口屏的純電動汽車組合儀表設計

王佳，趙耕云，雷小強

（蘭州工業學院汽車工程學院，甘肅 蘭州 730050）

前言

隨著純電動汽車的普及，汽車電子技術的發展，尤其是TFT-LCD液晶屏技術的快速發展，傳統的機電式儀表及步進電機控制的模擬儀表，已經不能滿足當今用戶對汽車時尚的追求。越來越多的汽車，尤其是國外高端的純電動汽車開始更多的配置全液晶屏幕組合儀表，因此，為純電動汽車設計一種基于液晶屏的組合儀表具有現實意義和市場需求，符合汽車儀表技術的發展趨勢。

1 系統總體設計

系統以某品牌純電動汽車為應用對象，該純電動汽車相關參數如表1所示：

表1 某品牌純電動汽車參數

選用大彩工業串口屏（10.4英寸）作為組合儀表的顯示屏幕。大彩工業串口屏內部集成TFT顯示驅動、圖片字庫存儲、GUI操作、RTC顯示、各種組態控件與一體。整個系統采用Cortex-M3+高速FPGA處理器設計，ARM主要實現協議的解析處理和USB圖片下載，FPGA主要完成Flash的圖片讀取和TFT控制顯示，設備內部結構如下圖1所示。

圖1 串口屏內部結構圖

選用飛思卡爾公司的16位單片機MC9S12XS128作為組合儀表控制器，內部集成有一個CAN控制器。由德國Bosch公司開發的 CAN總線是車載網絡中的第一大總線。選用CAN總線作為組合儀表控制器與汽車其他電控單元直接的通信總線。系統總體示意圖如圖2所示：

圖2 系統總體示意圖

2 硬件設計

2.1 儀表界面設計

串口屏帶組態控件功能，屏幕的很多功能可直接在 PC中配置完成，無需單片機的參與，可以減少程序開發量。通過上位機VisualTFT軟件對工程畫面中的所有儀表和指示燈控件進行配置，即可在無用戶程序參與下，自動實現畫面的切換，按鈕的按下和彈起，自定義指令輸出等功能。

圖3 a-車速表、b-剩余電量表

車速表和剩余電量表設計：在工程畫面Screen0.tft中，點擊菜單欄中儀表控件“”，并將其拖入到畫面中，打開“屬性窗口”，在表盤框點擊“表盤類型→選擇自繪表盤，并進行儀表數值、旋轉方向、背景色、刻度顏色、指針形狀及顏色等外觀設計，同理設計剩余電量表。最終設計完成的車速表和剩余電量表效果如圖3所示。

轉向指示燈設計：點擊菜單欄的圖標控件“”制作轉向指示燈閃爍動畫。在彈出對話框中點擊“增加幀”，打開左轉向燈熄滅狀態下的圖片，再點擊“增加幀”，打開左轉向燈亮起狀態下的圖片，點擊“生成圖標”。制作過程如圖4所示。

圖4 轉向燈圖標制作

選擇菜單欄動畫控件“”，在Screen0.tft畫面中拖動打開動畫控件，在屬性窗口中設置為動畫幀。選中制作完成的右轉向燈動畫幀，拖動至合適位置保存。同理制作左轉向燈、檔位指示燈及其他警示燈。

里程表設計：在Screen0.tft畫面通過添加文本控件“”實現。

最終設計完成的組合儀表顯示界面如圖5所示。

圖5 組合儀表顯示界面

2.2 電路設計

汽車儀表系統總線在車載網絡總線中劃分為信息系統高速總線。ISO 11898是一個使用CAN總線協議的汽車高速通信國際標準。組合儀表系統采用 CAN總線來實現儀表電控單元和汽車上其他電子系統的信息交流，儀表所需的數據信息由 CAN總線來傳遞，從而大大降低了系統的設計復雜性和布線難度。同時，儀表和整個車身 CAN網絡相連接，形成了一個完整的汽車一體化網絡控制系統。

MC9S12XS128內部集成有CAN控制器，完成支持CAN協議2.0A/B版，5個具有FIFO存儲機制的接收緩沖器，3個具有“本地優先級”的發送緩沖器。由于CAN控制器只是協議控制器，不能提高物理層驅動，所以在實際使用時每個CAN節點物理上要通過一個收發器與CAN總線相連。選用TJA1050高速CAN收發器，該收發器與ISO11898協議完全兼容，傳輸速率最高可達1Mbps，電磁輻射極低，抗干擾性極好，終端電阻120歐姆。

串口屏與XS128的串行口連接，實現通信。設計完成的系統電路簡圖如圖6所示。

圖6 系統電路原理簡圖

3 軟件設計

MC9S12XS128接收相關控制開關的輸入信號，如轉向燈開關信號、手制動開關信號、檔位開關信號等，以及車載網絡系統中其他電控單元通過 CAN總線送來的數據信號，如車速數據信號、剩余電量數據信號、里程數據信號燈。控制信號和數據信號經過 XS128單片機解析后通過串行口向大彩串口屏發送控制指令，使串口屏的儀表數據更新、指示燈狀態改變。

MC9S12XS128主程序流程如圖7所示：

圖7 XS128程序流程圖

大彩串口屏擁有一套實現各種功能的指令集，一條完整的串口屏指令幀格式包括幀頭、指令、指令參數、幀尾組成，指令最長為1024字節，為編程方便，將所有控制指令編寫成指令函數，方便編程和后期維護。控制儀表數據更新指令如下：

SetMeterValue(0,1,Get_AD0_Result()/256.0*100); //車速儀表數據更新

SetMeterValue(0,2,Get_AD1_Result()/256.0*100); //剩余電量儀表數據更新

控制轉向指示燈閃爍與停止的指令如下：

AnimationStart(0,4); //左轉向燈開始閃爍

AnimationStop(0,4); //左轉向燈停止閃爍。

4 系統調試結果

最終設計完成的純電動汽車組合儀表系統如圖8所示，經過試驗，各儀表及警示燈顯示清晰，工作穩定可靠，對實時變化的數據如車速等，更新及時。

圖8 純電動汽車組合儀表

5 結論

本文設計的基于串口屏的電子組合儀表電路結構簡單，儀表界面友好，符合汽車儀表設計要求，儀表更新升級時不需硬件電路改動，方便快捷、成本低。采用 CAN總線可以實現與車載網絡系統中其他電控單元的信息通信，對原車電路改動極小，方便安裝。設計完成的電子組合儀表基本滿足純電動汽車對儀表系統的要求。

參考文獻

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