基于CAN總線的汽車儀表

1、基于CAN總線的汽車儀表摘要：在總線技術(shù)快速發(fā)展的今天，汽車正在逐步走向智能化和網(wǎng)絡(luò)化，本文討論了一個(gè)基于CAN總線、液晶顯示和步進(jìn)電機(jī)的汽車組合儀表的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：汽車電子；CAN總線；步進(jìn)電機(jī)；組合儀表Abstract：Nowadays along with the quickly development of the Field Bus technology, the vehicle industry has making for Intelligentization and Networking. This paper presents a design of a new digita

2、l dashboard based on CAN Bus ,LCD and stepper motor.Keywords: Vehicle Electricity; CAN Bus; Stepper Motor; Assembled Instrument.1、汽車儀表在國內(nèi)外的發(fā)展的概況隨著汽車工業(yè)100年來的發(fā)展，汽車儀表也有其自身的發(fā)展過程。按照儀表機(jī)芯的工作原理可以分為四代，第一代：機(jī)械式儀表，它的工作是基于機(jī)械作用力。第二代：電氣式儀表，它的工作原理是基于電測(cè)原理，即通過各類傳感器將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電細(xì)膩好加以測(cè)量。第三代：模擬電路電子式儀表，它的工作原來和第二代電氣式基本相同，只是

3、用電子器件取代了電氣器件，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)理了動(dòng)圈式機(jī)芯和動(dòng)磁式機(jī)芯兩個(gè)發(fā)展階段。第四代：步進(jìn)電機(jī)式全數(shù)字汽車儀表，它的信號(hào)處理方式從模擬信號(hào)變成了數(shù)字信號(hào)，和第三代相比是其工作原理完全不同。由于ECU性能的提高，尤其是在抗強(qiáng)電磁干擾、工作溫度范圍和對(duì)工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善，再加上價(jià)格的降低，“ECU控制步進(jìn)電機(jī)式儀表”得到了各方面的一致看好。由于其精度高，可靠性好，響應(yīng)速度快、無抖動(dòng)，適應(yīng)范圍廣，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外的應(yīng)用都已經(jīng)相當(dāng)普及，因而步進(jìn)電機(jī)式汽車儀表必將是未來一段時(shí)間內(nèi)汽車儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。2、CAN總線在汽車中的應(yīng)用隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，將汽車工業(yè)推入了一個(gè)全新的時(shí)代

4、。由于汽車、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車電子控制程度也越來越高。汽車電子裝置發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，是大量單片機(jī)來改善汽車的性能。汽車電子控制裝置的增多，使得連接汽車電子控制裝置之間的導(dǎo)線也變得更為復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)的布線方式，勢(shì)必導(dǎo)致車身布線越來越長(zhǎng)，越來越復(fù)雜，運(yùn)行可靠性低、故障維修難度大。為解決該問題，德國BOSCH公司在80年代初開發(fā)出一種串行數(shù)據(jù)總新-CAN總線。CAN總線是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，將各種汽車電子裝置連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。由于CAN總線具有通信率高、可靠性好、連接方便、多主站點(diǎn)、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單和性能價(jià)格比高等突出優(yōu)點(diǎn)，如今，CAN總線已經(jīng)成為汽車電子控制裝置之間通

5、信的標(biāo)準(zhǔn)總線，在汽車電子儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。3、基于CAN總線的汽車儀表設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整個(gè)汽車儀表系統(tǒng)以單片機(jī)mb96f386為控制中心，采集來自汽車傳感器的車速、轉(zhuǎn)速、水溫、油壓、氣壓、油量信號(hào)。其中車速信號(hào)時(shí)脈沖信號(hào)，經(jīng)過整形處理后送入單片機(jī)完成脈沖信號(hào)的測(cè)量。前橋和后橋氣壓、油壓是模擬信號(hào)，經(jīng)過前置處理后送入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換輸入端，利用單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊完成測(cè)量。轉(zhuǎn)速、水溫、油量是CAN總線信號(hào)，通過CAN接口采集到單片機(jī)CAN模塊。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：3.1.1儀表主控制器MB96FM386的功能·直接驅(qū)動(dòng)液晶模塊，顯示里程小計(jì)、總計(jì)·

6、直接輸出控制6個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)·帶CAN接口，CAN協(xié)議符合2.0A/B·蜂鳴器信號(hào)輸出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，或者車速過高時(shí)報(bào)警·水溫、油量、油壓報(bào)警輸出·自帶看門狗·自帶時(shí)鐘功能，能計(jì)時(shí)·具有數(shù)據(jù)保存功能，能保存儀表的工作參數(shù)至外接EEPROM·可通過專用軟件對(duì)芯片的工作參數(shù)及工作方式進(jìn)行設(shè)置，以適合各種車型的需要。3.1.2 頻率信號(hào)的處理汽車的行駛速度關(guān)系到行車安全。駕駛車輛時(shí)合理地運(yùn)用、準(zhǔn)確地掌握行車速度，對(duì)行車安全與高效運(yùn)用車輛有著重要的意義，所以對(duì)于車速表來說，要盡量能夠準(zhǔn)確地反映出車輛的實(shí)際速度。車速傳感器輸

7、出的不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，輸入的脈沖信號(hào)頻率低，一般在1K以內(nèi)，而且往往附加了很多干擾。在設(shè)計(jì)中采用微分電路改善輸入波形，使脈沖更加陡峭，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，用于信號(hào)的放大驅(qū)動(dòng)，把車速信號(hào)整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)輸入給主控制器。3.1.3 模擬信號(hào)的處理油壓、氣壓信號(hào)是電阻信號(hào)，當(dāng)外部的油壓、氣壓信息產(chǎn)生變化時(shí)，傳感器輸出的電阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化。在設(shè)計(jì)中采用電阻分壓的方法，把油壓、氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并控制在5V以內(nèi)輸入主控制器的AD轉(zhuǎn)換模塊。3.1.4 CAN信號(hào)的處理CAN模塊主要是包括CAN控制器和CAN收發(fā)器。通訊介質(zhì)可采用雙絞線，無特殊要求，現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝簡(jiǎn)單，最大數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)達(dá)1

8、0Km。CAN控制器是集成在主控制器里的，用于執(zhí)行CAN通信協(xié)議，即按照CAN協(xié)議的規(guī)范進(jìn)行信息的收發(fā)。主要的功能包括信息的緩沖和驗(yàn)收濾波。CAN收發(fā)器是工作在物理層，它是CAN總線控制其和物理總線之間的接口，具有從總線上差動(dòng)收發(fā)和接受信號(hào)的能力。在設(shè)計(jì)中只要在主控制器和CAN總線之間連接上一個(gè)CAN收發(fā)器，就可以接收需要的CAN信號(hào)，并且能夠發(fā)送其他節(jié)點(diǎn)需要的信號(hào)。汽車內(nèi)部的電器種類繁多，包括大量的信號(hào)燈、照明燈、開關(guān)、電機(jī)、傳感器等，隨著車身電器的增加，這種傳統(tǒng)的一對(duì)一物理連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)勢(shì)必需要使用越來越多的線束。線束的增加不但占據(jù)了車內(nèi)的有效空間，增加了裝配和維修的難度，提高了整車的成本

9、，而且妨礙整車可靠性的提高。如果轉(zhuǎn)速、油量、水溫、信號(hào)及各種開關(guān)信號(hào)是模擬信號(hào)的話，則和傳統(tǒng)的儀表一樣，需要很多很長(zhǎng)的線束從傳感器及各路開關(guān)連接到儀表的接插件，單單用于指示和照明的燈就有100多個(gè)，現(xiàn)在這些信號(hào)都在CAN總線上，只需要兩根雙絞線和一個(gè)CAN收發(fā)器，省去了原來的線束，并且CAN總線的速率達(dá)最高達(dá)到1Mbit/s，大大地提高了信號(hào)傳輸?shù)男阅?。一旦轉(zhuǎn)速、油量、水溫及各種開關(guān)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，我們可以借助專用的CAN測(cè)試軟件和硬件，通過界面操作可以方便地看到總線上的信息，這樣大大簡(jiǎn)便了儀表的維修和檢測(cè)。3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)上，為了保證軟件的通用性和可移植性，軟件采用C語言編寫，

10、因?yàn)镃語言編寫的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植性好。軟件模塊主要分為主程序模塊，CAN通訊模塊，數(shù)據(jù)采集及處理模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，LCD顯示模塊等模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下所示：主程序負(fù)責(zé)調(diào)用各個(gè)子模塊，各個(gè)子模塊負(fù)責(zé)處理相應(yīng)的功能模塊。汽車儀表在接通電源以后，進(jìn)行初始化，采集各個(gè)儀表的輸入信號(hào)，并在相應(yīng)的指示儀表上進(jìn)行顯示。CAN通訊模塊負(fù)責(zé)CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。當(dāng)MB96F386的CAN接收控制器模塊接收到一個(gè)完整的標(biāo)識(shí)符，它將通知接收過濾器。接收過濾器響應(yīng)這個(gè)信號(hào)，并讀出控制器編碼、ID，然后來判斷是不是儀表需要的信息，如果是儀表需要的轉(zhuǎn)速和水溫及各種報(bào)警信號(hào)

11、，即根據(jù)協(xié)議將其進(jìn)行換算然后把他們顯示出來。同時(shí)儀表把車速信號(hào)及時(shí)間通過CAN總線向CAN總線上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。數(shù)據(jù)采集及處理模塊完成對(duì)脈沖信號(hào)和模擬信號(hào)的采集和計(jì)算，并進(jìn)行抗干擾處理，也就是數(shù)字濾波。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)正確的角度和方向，并且減輕指針的抖動(dòng)。改變電機(jī)內(nèi)線圈的電流方向可以控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。液晶顯示模塊用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示汽車的里程值和時(shí)間值。上電后液晶顯示的內(nèi)容是總計(jì)，可以通過按鈕來進(jìn)行小計(jì)的切換?？撮T狗模塊控制整個(gè)軟件正常運(yùn)行，在程序跑飛時(shí)能夠重新啟動(dòng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是用于完成對(duì)EEPROM的里程數(shù)據(jù)及各儀表參數(shù)的讀寫任務(wù)。以下是系統(tǒng)的主流程圖：在軟件設(shè)計(jì)上，為了使儀表能適應(yīng)各種客戶的要求，我們將需由客戶確定的各種參數(shù)及儀表的各種功能，都以參數(shù)的形式保存到連接在微控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片上，客戶可在儀表出廠時(shí)對(duì)儀表的各項(xiàng)參數(shù)通過專用的計(jì)算機(jī)軟硬件來設(shè)置。比如儀表在處理車速信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)要求能適應(yīng)各種車型信號(hào)的最大頻率值，當(dāng)輸入頻率較低而指針反應(yīng)速度要求高的時(shí)候可選用測(cè)周期法來測(cè)量外部的輸入信號(hào)，當(dāng)輸入頻率較高而指針反應(yīng)速度要求低的時(shí)候可選用測(cè)頻率法來測(cè)量外部的輸入信號(hào)。4、結(jié)束語汽車網(wǎng)絡(luò)化作為汽車電子系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)，其對(duì)于新