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。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原理，即通過各類傳感器將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電細(xì)膩好加以測量。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)理了動圈式機(jī)芯和動磁式機(jī)芯兩個發(fā)展階段。第四代：步進(jìn)電機(jī)式全數(shù)字汽車儀表，它的信號處理方式從模擬信號變成了數(shù)字信號，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、工作溫度范圍和對工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善，再加上價格的降低，“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，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)推入了一個全新的時代

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)展的一個重要趨勢，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，勢必導(dǎo)致車身布線越來越長，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)場總線，將各種汽車電子裝置連接成一個網(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)議簡單和性能價格比高等突出優(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)計方案3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計整個汽車儀表系統(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。其中車速信號時脈沖信號，經(jīng)過整形處理后送入單片機(jī)完成脈沖信號的測量。前橋和后橋氣壓、油壓是模擬信號，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)換模塊完成測量。轉(zhuǎn)速、水溫、油量是CAN總線信號，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：·直接驅(qū)動液晶模塊，顯示里程小計、總計·直接輸出控制6個步進(jìn)電機(jī)的控制信號·

6、帶CAN接口，CAN協(xié)議符合2.0A/B·蜂鳴器信號輸出，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過高，或者車速過高時報警·水溫、油量、油壓報警輸出·自帶看門狗·自帶時鐘功能，能計時·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。汽車的行駛速度關(guān)系到行車安全。駕駛車輛時合理地運(yùn)用、準(zhǔn)確地掌握行車速度，對行車安全與高效運(yùn)用車輛有著重要的意義，所以對于車速表來說，要盡量能夠準(zhǔn)確地反映出車輛的實(shí)際速度。車速傳感器輸出的不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，輸入的脈沖信號頻率低，一般在1K以內(nèi)，而且往往附

7、加了很多干擾。在設(shè)計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)，用于信號的放大驅(qū)動，把車速信號整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號輸入給主控制器。油壓、氣壓信號是電阻信號，當(dāng)外部的油壓、氣壓信息產(chǎn)生變化時，傳感器輸出的電阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化。在設(shè)計中采用電阻分壓的方法，把油壓、氣壓信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并控制在5V以內(nèi)輸入主控制器的AD轉(zhuǎn)換模塊。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)場布線和安裝簡單，最大數(shù)據(jù)傳輸距離長達(dá)10Km。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

8、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，具有從總線上差動收發(fā)和接受信號的能力。在設(shè)計中只要在主控制器和CAN總線之間連接上一個CAN收發(fā)器，就可以接收需要的CAN信號，并且能夠發(fā)送其他節(jié)點(diǎn)需要的信號。汽車內(nèi)部的電器種類繁多，包括大量的信號燈、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)的一對一物理連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)勢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，而且妨礙整車可靠性的提高。如果轉(zhuǎn)速、油量、水溫、信號及各種開關(guān)信號是模擬信號的話，則和傳統(tǒng)的儀表一樣，需要很多很長的線束從傳

9、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，現(xiàn)在這些信號都在CAN總線上，只需要兩根雙絞線和一個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，大大地提高了信號傳輸?shù)男阅堋Ｒ坏┺D(zhuǎn)速、油量、水溫及各種開關(guān)信號出現(xiàn)故障時，我們可以借助專用的CAN測試軟件和硬件，通過界面操作可以方便地看到總線上的信息，這樣大大簡便了儀表的維修和檢測。3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計在軟件設(shè)計上，為了保證軟件的通用性和可移植性，軟件采用C語言編寫，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)

10、采集及處理模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，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)用各個子模塊，各個子模塊負(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，采集各個儀表的輸入信號，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完整的標(biāo)識符，它將通知接收過濾器。接收過濾器響應(yīng)這個信號，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)速和水溫及各種報警信號，即根據(jù)協(xié)議將其進(jìn)行換算然后把他們顯示出來。同時儀表把車速信號及時間通過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

11、理模塊完成對脈沖信號和模擬信號的采集和計算，并進(jìn)行抗干擾處理，也就是數(shù)字濾波。電機(jī)驅(qū)動模塊用于控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動正確的角度和方向，并且減輕指針的抖動。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)動液晶顯示汽車的里程值和時間值。上電后液晶顯示的內(nèi)容是總計，可以通過按鈕來進(jìn)行小計的切換?？撮T狗模塊控制整個軟件正常運(yùn)行，在程序跑飛時能夠重新啟動。數(shù)據(jù)存儲模塊是用于完成對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)存儲芯片上，客戶可在儀表出廠時對儀表的各項(xiàng)參數(shù)通過專用的計算機(jī)軟硬件來設(shè)置。比如儀表在處理車速信號或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號時要求能適應(yīng)各種車型信號的最大頻率值，當(dāng)輸入頻率較低而指針反應(yīng)速度要求高的時候可選用測周期法來測量外部的輸入信號，當(dāng)輸入頻率較高而指針反應(yīng)速度要求低的時候可選用測頻率法來測量外部的輸入信號。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，其對于新一代汽