基于stm32的電動汽車儀表系統(tǒng)設計關鍵技術

許燕

摘要：以往的汽車儀表系統(tǒng)內(nèi)部都是由機械指針構(gòu)成，因此在使用時容易出現(xiàn)信息顯示不全的問題，無法滿足實際使用的需求。因此設計出更具智能感和實際使用性地電動汽車儀表系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文所提到的是一種以嵌入式系統(tǒng)為主要構(gòu)成，以數(shù)字液晶顯示屏為顯示器的汽車儀表系統(tǒng)。該系統(tǒng)將微處理器作為中心控制部分，日常工作是收集電動汽車的基本信息，例如電池溫度和行駛速度等數(shù)據(jù)都會被很好的采集和保存，并借助數(shù)字液晶顯示屏進行數(shù)據(jù)播放。并對其進行了實際測試，證明其擁有更加優(yōu)秀的顯示效果和可操作性。

關鍵詞：stm32;電動汽車儀表系統(tǒng);設計關鍵技術

0 ?引言

近年來，電子技術得到了突飛猛進的發(fā)展，其中傳感器和元器件的快速發(fā)展，也為電動汽車儀表系統(tǒng)的發(fā)展提供了相當大的助力。以前大部分電動汽車儀表系統(tǒng)都是由兩部分構(gòu)成，即插接顯示屏和量程顯示屏，配備數(shù)字液晶顯示屏的極少，只在進行展示的概念車上出現(xiàn)過。近年來，數(shù)字液晶顯示屏的制作技術越發(fā)完善，價格也有所下降，搭配嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，為基于stm32是電動汽車儀表系統(tǒng)設計提供了基礎保障。相較于傳統(tǒng)汽車，駕駛?cè)藛T在駕駛電動汽車時往往需要更多的輔助信息，這就要求電動汽車的儀表系統(tǒng)功能必須具有全面性，且安放的位置要適當，駕駛員獲取路況和駕駛信息時更加方便。液晶顯示屏的研發(fā)為該項技術的發(fā)展提供了基礎保障，也是該系統(tǒng)中應用的一種關鍵技術。

1 ?硬件設計及關鍵技術

1.1 stm32的簡介

Stm32是一種微型控制器，主要應用于電動汽車的儀表系統(tǒng)設計之中。因其擁有16位性能和諸多輔助功能，因此近年來得到了廣泛地應用。其主要功能和工作性質(zhì)如下：

①stm32的工作頻率為32MHz，內(nèi)核選用的則是HCS12 CPU，確保其可以滿足工作需要。

②程序和數(shù)據(jù)的閃存功率分別設定為32kB和4kB，其中程序閃存卡擁有ECC功能，可對錯誤的校正碼進行識別。

③配備LCD控制器，可完成多段式工作，最多可完成40*4段字符的讀取工作。

④內(nèi)部配備步進電機控制器，主要用于對電機失速進行檢測，確保其在發(fā)生故障時可以及時地被發(fā)現(xiàn)。

⑤16位定時器，該模塊的工作內(nèi)容是對產(chǎn)生的16位數(shù)據(jù)進行捕捉和比對，以此來完成脈沖累積。

⑥多功能ADC模塊，其8通道特性更具工作效率。

⑦SPI模塊，可起到連接作用，確保其他模塊之間可以相互通信。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于stm32的電動汽車儀表系統(tǒng)主要由六部分構(gòu)成，分別為總線接口、信號收集器、步進電機控制器、LCD控制器、LED顯示器和報警系統(tǒng)。其集體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從硬件結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，其具體構(gòu)造是專門為電動汽車儀表應用而選取的。以步進電機舉例，4個步進電機組可以完成電動汽車行駛車速、電機運行功率、電流量以及電壓的指針指示工作。LCD控制器則是負責總里程數(shù)和故障信息的顯示，方便駕駛者進行觀察和掌握數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)借助CAN總線進行獲取和收集。

1.3 CAN總線模塊

相較于其他種類的總線，CAN總線模塊更具靈活性和穩(wěn)定性，因此被廣泛地應用到了電動汽車儀表系統(tǒng)的設計之中。該系統(tǒng)中應用的CAN總線模塊由位處理器、總控制器和信息收發(fā)器構(gòu)成?？偩€模塊可以借助控制單元來完成對分系統(tǒng)的控制，各個分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸可獨立完成，互不影響，與此同時，各分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送頻率各不相同，這一特性可以充分地提升CAN總線模塊的工作效率。本系統(tǒng)中應用到的CAN總線模塊是由TI公司研發(fā)并生產(chǎn)的，型號為VP230。使用時可以將VDD接口連接電源，電壓強度為3.3V，VSS接口接地確保使用安全性。

1.4 步進電機模塊

步進電機模塊的主要工作內(nèi)容是向駕駛員提供車輛行駛速度和電機轉(zhuǎn)速兩項數(shù)據(jù)，駕駛員通過指針運動軌跡的變化來判定數(shù)值，其運行穩(wěn)定與否也直接影響到了電動汽車儀表系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)中選用的步進電機型號為VID29，與之配合的驅(qū)動芯片型號為VID66-06。在固定脈沖值的沖擊下，步進電機運行速度可達600°/s。

1.5 LCD液晶顯示器

本文提到的電動汽車儀表系統(tǒng)中選，3.2寸LCD液晶顯示屏性能優(yōu)渥，型號為IL9320，分辨率為240*320。因其自身帶有262144中色彩芯片，所以色彩顯示度可達到16位真彩。源極和柵極的驅(qū)動路數(shù)可分別達到720和320，且自帶內(nèi)存容量，存儲量高達172800字節(jié)。在儀表系統(tǒng)運行時，微控制器可以借助FSMC接口來啟動ILI9320控制器。DMA在使用時無需借助CPU的幫助，可以直接完成各存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送，這一特性也極大地減少了CPU的工作量，可以留有更多地資源來確保其他程序正常進行。LCD液晶顯示器可以幫助駕駛員更加清楚地獲取汽車在運行過程中產(chǎn)生的參數(shù)，圖表的顯示形式更具直觀性。產(chǎn)生的參數(shù)會通過串口直接在液晶顯示器上展示出來。

2 ?軟件設計及關鍵技術

2.1 軟件流程設計

因為該電動汽車儀表系統(tǒng)中沒有操作系統(tǒng)，因此該軟件設計中融入了循環(huán)功能，其中主循環(huán)體負責的是主體工作，中斷功能對應的則是驅(qū)動管理方面。

2.2 CAN總線模塊

CAN總線在進行數(shù)據(jù)傳送時，回挑選優(yōu)先級別高的數(shù)據(jù)先行傳送，而數(shù)據(jù)的優(yōu)先級等級主要受標識符和發(fā)送順序決定。根據(jù)CAN總線的工作要求，當確保接受數(shù)據(jù)之后，標識符會對所接受的數(shù)據(jù)進行一定的過濾和篩選，只有通過過濾標準的數(shù)據(jù)才可被判定為有效數(shù)據(jù)。在進行程序設定時，波特率的選擇是要被特別關注的，在選取了適當?shù)夭ㄌ芈屎?，系統(tǒng)中的CAN總線模塊才可以用于個模塊間的數(shù)據(jù)傳輸。在正式使用之前，需要對CAN總線模塊進行初始化，其中包含CAN寄存器和波特率等多項數(shù)值的初始化，早初始化完成后，CAN總線模塊才能開始正常的運行和工作。

2.3 步進電機模塊

在電動汽車儀表系統(tǒng)運行時，車輛的行使速度和發(fā)動機的轉(zhuǎn)動頻率都是通過指針的轉(zhuǎn)動幅度來表示的，通電后，電流會對步進電機提供持續(xù)穩(wěn)定的脈沖，來確保指針可以正常轉(zhuǎn)動，所以也可以通過記錄指針的轉(zhuǎn)動速度來判定其所接收的脈沖數(shù)值。需要注意的是，在電動汽車儀表系統(tǒng)啟停時受其慣性較大的影響，并不能接受頻率高的脈沖，因此要進行適當?shù)乜刂坪脱訒r，以此來防止數(shù)據(jù)丟失和電機的正常運行。電動汽車儀表盤車速表達值最高為240km/h，羅盤可轉(zhuǎn)動角度為260°，通過計算我們可以得出，1km/h相對的是13/12°，驅(qū)動脈沖數(shù)為13，其關系圖如表1所示。

2.4 儀表盤圖形顯示界面

作為一款圖形支持軟件，GUI的安裝方式為嵌入式，可為LCD提供接口，可以提升該應用的工作效率。GUI因其較高的適用性，無論是使用在單任務或多任務應用中都十分合適，可匹配專用或?qū)崟r的操作軟件，使用時不受控制器尺寸的影響。GUI軟件在設計過程中采用的是模塊化的行使，具有層次豐富的有點。以其中的驅(qū)動程序為例，可以完成對LCD內(nèi)部的訪問。因為GUI內(nèi)部的程序均有C語言設計而成，所以其實用性非常強，幾乎可以匹配市面上所有常用的CPU。因GUI內(nèi)部配備了顏色管理器，所以無論是黑白或彩色的LCD程序都可以選擇該GUI進行輔助。與此同時還附帶了相應的窗口管理器和圖形庫，該圖形庫具有可拓展性，在應用的RAM較小時，仍可實現(xiàn)窗口顯示。需要注意的是GUI軟件只能完成圖形界面的設計工作，該設計工作只限于軟件設計，所以該系統(tǒng)只能在計算機上完成仿真實驗。若想在硬件上也完成仿真實驗，則需要借助STM32開發(fā)板，以此來完成整個電動汽車儀表系統(tǒng)的優(yōu)化工作。其具體流程圖如圖2所示。

3 ?結(jié)束語

該電動汽車儀表系統(tǒng)選用stm32F103ZET6作為主要控制器，將LCE顯示器與指針進行組合，可以更加直觀地為駕駛員顯示車輛行駛速度、水箱溫度、電機轉(zhuǎn)速等運行參數(shù)，還可借助CAN總線完成不同模塊的通信工作。由于該儀表系統(tǒng)運用的是嵌入式的安裝方式，所以還可以將GPS或其他影音娛樂軟件嵌入其中，為駕駛者在行車時帶來更多地便利和娛樂。因此該電動汽車儀表系統(tǒng)因其較強的實用性和多樣性具有良好的發(fā)展前景。

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