一種基于CAN總線的汽車儀表控制器

朱瑩瑩

摘要：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。

關鍵詞：CAN總線；汽車儀表系統；設計與實現

一、CAN概述

CAN是近年來在汽車行業中廣泛應用的一種數據和控制通訊網絡，是韌性較強的一種電器規范與協議，CAN具有極高的可靠性與容錯能力，所以CAN是應用于轎車或卡車中，用以應對危險與無法預測的惡劣環境中。

CAN最初是由RB公司于1986年的2月在公司年會上提出的，1987年首個CAN控制器開發成功，Philips半導體隨后也推出了82C200。由于這兩款產品的推出和不斷發展，CAN兩大陣營就此形成。這兩種CAN控制器主要在斑紋過濾及控制上有所差異。

CAN網絡是新一代網絡通信協議，特點是其架構開放和其廣播形式。它屬于現場總線技術，是其中的一種，CAN網絡被稱為控制器局域網的現場總線，在國際上得到了最廣泛的應用。CAN最初是應用于汽車的內部測量與汽車執行部件間的數據通信。比如汽車的剎車、安全氣囊以及汽車的防抱死系統等。但伴隨著汽車電子技術的快速發展，各種汽車電子控制單元數目的持續增加，連接導線也明顯增加，因此提高控制單元之間通訊的可靠性與降低導線的生產成本已經成為目前急需解決的大問題。

二、基于CAN總線的新型汽車儀表系統的設計與實現

2.1 儀表整體設計

汽車儀表系統由數據采集、處理以及顯示3個模塊組成。采集來自汽車傳感器的車速、轉速、水溫和機油壓力信號，測量結果經過單片機送入步進電機驅動模塊，驅動步進電機，分別顯示車速、轉速、水溫和機油壓力，通過單片機計算汽車的行駛里程，并送入液晶顯示模塊顯示。儀表主要包括以下部分：用于車輛信息指示的發光管指示單元、用于車輛信息指示的液晶屏、用于指示車輛當前狀態的各指示儀表、電壓模擬量接口、頻率模擬量接口、CAN總線接口和人機交互按鍵。根據對汽車儀表的整體分析，儀表顯示是以黑色作為背景色的，對比度高，使各個儀表的顯示較為突出，也避免駕駛員的視覺疲勞。汽車儀表盤由3個分表盤組成，左分表盤顯示發動機轉速、油量等數據，右分表盤顯示車速、油壓等數據，中分表盤用于放置LCD顯示屏以及各種指示燈。

2.2 硬件選擇

儀表采用Luminary公司的LM3S2948處理器。處理器內置CAN模塊方便了CAN總線數據的傳輸，同時使儀表的通信容易實現，提高了可靠性。該處理器具有很大的擴展空間，在后續開發中潛力巨大。美觀炫麗的用戶圖形界面，需要選擇圖形處理能力較強的處理芯片，因此選擇S3C6410處理器。由于LM3S2948內置CAN控制器模塊，所以只需外接一個CAN收發器即可接收總線數據。PC-CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡，它適合CAN-bus的小流量數據傳輸用，最高可達500幀/秒的數據傳輸速率，提供廣泛和強大的軟件支持。支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等開發環境下進行設計。系統選用的是微型步進電機M-SX15.168，是為汽車儀表指示和其它指示設備設計的大轉矩、低功耗、精密的步進電機。步進電機需要兩路邏輯脈沖信號驅動，可工作在5～10V的脈沖下，最大驅動頻率為1100Hz。

2.3 軟件設計

（1）脈沖信號采集

對采集車速和發動機的轉速脈沖的測量，直接用STC12C5A60AD的外部中斷引腳INT0/INT1對車速和發動機的轉速脈沖進行測量。因為兩個脈沖之間的時間就是車輪轉一周所花的時間，所以將兩個脈沖之間的時間計算出來就可以得到速度了。同時程序還要比較相鄰兩次的速度變化值，若太大，還通過郵箱向USB記錄任務發送數據，使汽車能在速度驟然變化的情況下記錄車況。

（2）模擬信號采集

STC12C5A60AD的模數轉換模塊ADC是10位轉換精度，有8個模擬輸入通道。這里選用8個通道自動排序。對模擬量在一次自動排序周期中分別采樣8次，在軟件中即可以在一次A/D轉換中得到同一個參數的8個值，求出其均值，這樣就可以進一步消除干擾信號。當8路AD循環采樣轉換任務完成一個循環采樣后，它即會給儀表顯示模塊發送一個消息，把相應的所采集的數據傳送給儀表顯示任務中相應的程序段。此時8路A/D循環采樣轉換任務掛起，由另外一個CAN節點采集其他模擬信號量。

三、汽車儀表主要的發展方向

3.1 未來的汽車將會向電子儀表化發展

傳統的車用儀表是為駕駛員提供汽車運行中的一小部分必要地數據信息的機電式模擬電子儀表，如今該種儀表已不能滿足現代汽車高速發展的需求。如今的汽車儀表要求通過對汽車的各個部件的數據進行監測和微處理機的配套，進而達到控制汽車各部件運行狀況監控的目的。汽車儀表由于受到現代電子技術發展的推動，精確度高的、靈敏度高的、讀數直觀的多功能電子數字顯示及圖像顯示的電子儀表已在汽車上得到了不斷應用。

3.2 未來汽車儀表的功能將會逐漸拓寬

傳統的汽車儀表的功能相當局限，未來的汽車儀表功能將不會局限于汽車的車速、耗油量、方向等的指示等一些簡單功能，可能會增加如帶有ECU的汽車儀表智能化裝置：汽車輪胎氣壓、汽車的安全氣囊、安全帶等，未來的汽車儀表將不會是簡單的數據信號傳輸，而是將這些信息提供給ECU讀取，并通過ECU準確綜合地對這些裝置的工作狀態進行判斷，并給予駕駛員一定的警告提醒，以便駕駛人員及時進行處理。

四、結語

CAN總線實質上是一種針對汽車和某些工業控制中信息量相對較少的優化設計的串行通信網絡，它具有高效、實用和可靠的優良特性，現正在汽車上得到越來越多的應用。同時CAN總線具有一定的保密性，使已設計好的CAN相關汽車零部件極難偽造和仿制，但若重新設計CAN應用工程系統并不困難。

參考文獻：

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（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術研究中心）