基于CAN总线的汽车仪表的设计

２０１０年第２期中图分类号：Ｕ４６３．７文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—２５５２（∞ｌＯ）０２一００８０一０３基于ＣＡＮ总线的汽车仪表的设计肖楚海，梁杰申，黄炜中（华南理工大学自动化科学与工程学院，广州５１０６４１）摘要：介绍了基于ＣＡＮ总线、以酬ｅ关键词：ＣＡＮ总线；汽车仪表；显示系统１６位单片机ＭＣ９Ｓ１２ＸＨＺ５１２为核心的汽车组合仪表及显示系统的实现方案，阐述了该系统的硬件设计与软件实现。ＤｅｓｉｇｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｂａｓｅｄＸ队０Ｃｈｕ．ｈａｉ，圳ＧｏｎＣＡＮｂｕｓＪｉｅ－ｓｈｅｎ，ＨＵＡＮＧＷｅｉ．ｚｈｏｎｇＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ｆ（ｓｅｈｏａ矗ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＳｅｉｍｅｅｍｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＴｅｄｍｏｌｏｇｙ，Ｑ埘蟹凼眦５１０６４１，嘶）ＯｉｌＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｄｅｓｉｇｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｍｍｍａｅｎｔａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｆｒｅｅｓｃａｌｅ１６ｂｉｔｓＭＣＵＭＣ９Ｓ１２ＸＨＺ５１２ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈＫｌｘｌｗａｉｅｉｎｔｅｒｆａｃｅＣＡＮｂｕｓｍｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ８地蜘．ｄ伪咖ａｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮｂｕｓ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍ０引言ＣＡＮ总线是德国ＢＯＳＣＨ公司在２０世纪８０年在显示方面，多功能信息显示屏采用’Ｉ耵液晶显示屏，主要显示的内容为总里程数、车外温度、可行驶里程、平均油耗、实时油耗、已行驶时间、平均车速、车辆运行状态、发动机冷却液温度指示、燃油指代初，为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术以及灵活的通讯方式适应了汽车的实时性和可靠性要求，备受汽车生产厂商的青睐。示以及故障诊断等其它信息。指示报警灯采用背光ＬＥＤ指示，显示的内容主要制动报警灯、发动机故障报警灯、压力和温度报警灯以及ＡＢＳ报警灯等相关报警信息。对于现代汽车而言，汽车仪表是汽车信息的中心，集中、直观、迅速地反映了汽车在行驶过程中的各种动态指标，如行驶速度、里程、制动、发动机转速、冷却液温度、油量、及各种危险报警。汽车仪表已成为体现汽车高精尖技术的主要部分。本文所述的总线式汽车仪表一方面具有传统仪在数据传输方面，如果信息需要共享，而且传输距离比较长的信号，基本上都采用ＣＡＮ总线传输，比如发动机转速信号、发动机冷却液温度、车外温度、前雾灯信号、档位信号、报警信号等，如果信号不需要共享、而且传输距离不长，用硬线很容易连接的，采用硬线直联，比如转向信号制动液位低信号等。表的数据采集功能，另一方面利用ＣＡＮ总线技术，与汽车其他ＥＣＵ进行通讯，使该仪表成为ＣＡＮ网络中的一部分，此外，该仪表还实现了网关功能。１２系统硬件设计该汽车组合仪表由单片机处理器、信号调理电路、供电模块、１Ｆｒ—ＬＣＤ显示屏、ＬＥＤ报警指示灯、ＣＡＮ模块、步进电机模块以及外围模块组成，具体收稿日期：２００９一镐一ｌｌ系统描述汽车组合仪表由以下几部分组成：车速表、转速表、指示报警灯、多功能信息显示系统以及系统照明等。为了符合驾驶员习惯，车速表和转速表使用常规的指针式仪表，通过步进电机驱动仪表指针指示出来。作者简介：肖楚海（１９８４一）．男，硕土＝，主要从事嵌入式系统、汽车电子和现场总线研究．Ｌ作。一８Ｑ一万方数据原理图如图ｌ所示。本系统采集来自汽车传感器的车速、油耗、油量和开关量信号，其中车速和油耗是脉冲信号，经过滤波整形处理后送人单片机完成脉冲信号的测量，测量结果经过单片机送入步进电机驱动模块驱动步进电机显示车速；油量是模拟信号，经过前置处理后，送入单片机的刖Ｄ转换输入端，利用其内部ＭＤ转换器完成测量。通过ＣＡＮ接口将采集到的数据发送到ＣＡＮ总线上，并且接收其他ＣＡＮ节点的信号，将接收到的一些数据，如报警信号、水温信号、室外温度，在ＴＦｒ—ＬＣＤ屏上显示。２．１主控芯片和ＣＡＮ驱动器主控芯片采用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司１６位单片机ＭＣ９Ｓ１２Ⅺ｛＝乙５１２，该芯片基于飞思卡尔高容量的Ｓ１２体系架构，高达５１２ｋＢ的闪存，具有ＸＧＡＴＥ协处理器模块和具有高级中断和计时器功能，内部具有丰富的系统外围设备控制器，包括两个独立的ＭＳＣＡＮ控制器兼容ＣＡＮ２．０ＡＪＢ协议和２４个大电流驱动器的ＰＷＭ电机控制器。蓄电池Ｈ电源供电模块开关量信号１￡３—３Ｓ１２ＸＨＺ片５屹辱篓一Ｉｉ｛『置处理厮Ｉ号调理ＣＡＮ驱动器采用高速收发器ＴＪＡｌ０４１，它可以实现协议控制器和物理传输媒体之间的物理连接，此外ＴＪＡｌ０４１还提供了低功耗管理功能。在Ｑ试输出一般需要滤除共模干扰，采用共模滤波器就可Ｉ电路ＥＥＰＲＯＭＪＩＬ即报警指示以实现，短距离也可以不加，简化电路，实际ＣＡＮ总线原理图如图２所示。图１汽车组合仪表系统框架图图２ｏ悄模块原理图１２Ｖ２．２脉冲整形电路由于脉冲的干扰会影响采样的精度，为了改善波形，在定时器管脚外添加了脉冲整形电路，该电路将非方波信号整形成为方波信号而且电路的输出脉冲幅度在０—５Ｖ，使其满足单片机的脉冲输入要求，减少脉冲采样不准确度，脉冲整形电路如图３所示。２．３多功能信息显示屏采用内置＂Ｉ＇８０００液晶显示控制器的３２０Ｘ２４０点ｎ。ｌＯｋｌＮ４１８。Ｊ阵１ＦＴ液晶显示模块，该模块具有图形加速器功能，可通过简单的指令快速写字、画点、线、矩形、圆、填充矩形面和圆面，以及可独立控制的游标等实用的绘图功能，支持并行接口。ＴＦｒ显示屏采用分区方式显示车内各种状态、牛ｓ驴ｌＩ图３脉冲整形电路图２．４步迸电机模块对步进电机的驱动采用的是由ＭＣ９Ｓ１２ＸＨＺ５１２故障报警信号、水温信号及燃油信号等各种信息，１ＦＴ显示屏不仅能显示众多信息，而且具有高精度和高可靠性、一表多用、外形设计美观、小型、轻量化等优点。的电机控制模块直接驱动步进电机带动指针旋转以分别显示车速和发动机转速，将原本由专用芯片驱动完成的功能改为软件来实现。设计中采用的是ＶＩＩＹ２９４）ＳＰ两相式步进电机，其工作电压为５～１０Ｖ，内一８ｌ一万方数据置减速比１８０１１的齿轮系，最高精度可达到输出轴的步距角为１１１２０。３系统软件设计软件模块主要分为主程序模块，数据采集模块、步进电机驱动模块，ＣＡＮ通讯模块，１ＦｒＬＣＤ显示模块、ＬＥＤ报警指示模块、中断模块等部分。主程序负责调度各个子模块，各个子模块负责处理相应的功能模块。汽车仪表在接通电源以后，进行初始化，采集各个仪表的输入信号，并在相应的指示仪表上进行显示。在整个运行过程中必须使用看门狗，以防止在强烈的电磁干扰时出现死锁等现象。汽车的状态实时性要求非常高，尤其是对汽车的车速实时性要求极高，所以相应的软件采用中断进行处理。系统软件整体结构如图４所示。系统主程序ＣＡＮ通信ＩＩ步进电机Ｉｌ数据采集ＩＴＦＴ液晶Ｉｌ数据存储模块ｌＩ驱动模块ＩＩ处理模块ＩＪ显示模块Ｉ模块图４汽车组合仪表软件整体结构图３．１数据采集模块本模块完成对车速、实时油耗、油量以及开关量的处理。车速和实时油耗属于频率信号，且变化较快。这里使用ＭＣ９Ｓ１２ＸＨＺＳｌ２的输入捕获功能来计算脉冲的个数，并且记下每个脉冲的捕获时间。在选择车速和实时油耗的采样频率时，既不能太快也不能太慢，太慢则指示滞后，不能反映车速真实性。太快则会导致步进电机跟不上节奏，也会出现指针抖动现象。根据本文选择的传感器的输出频率，确定车速和实时油耗的采样频率为５Ｈｚ，采样周期即为２００ｍＳｏ油量是模拟量，经过前置处理后，送入单片机的ＭＤ转换输入端，ｌＯ次采样取平均值来获得实际的测量值。３．２步进电机驱动模块步进电机的控制就是控制其随输入信号的变化而平滑的正转和反转，以车速信号为例，当转换后的信号频率增大时，电机就顺时针方向运动，也就是正转，当转换后的频率信号减小时，电机就逆时针方向运动，也就是反转。车速恒定时，电机不发生变化。在程序设计时，采用定时器中断程序根据采集的数据计算步进电机的步数，采用另一个定时器中断程序来实现驱动步进电机，针需要达到的角度位置和实际角度位置，均为１１１２度，即一个微步。其中定时时间决定了步进电机的角速度。步进电机驱动程序流程图如图５所示。一８２一万方数据图５步进电机驱动流程图３．３Ｑ悄通讯模块Ｑ州总线通讯主要是三部分，即Ｑ小控制器的负责ＣＡＮ总线上数据的接收与发送，并负责ＣＡＮ数据的处理、完成网关功能和网络管理的处理。３．４１ＦｒＬＣＤ显示模块显示模块负责驱动’Ｉ耵一ＬＣＤ屏，采用分区及图形显示的方式显示汽车行驶过程中的各种信息，将要显示的信息分为四个区：报警显示区、行驶状态显示区、车状态显示区以及传感器信息显示区，每个显示区的刷新频率都不同。唧一ＩＥＤ显示模块流—＝ｊ垂釜一ＮＴＦＴ屏初始化ｗＩ３●＂—＜适画壹至多Ｎ更新传感器显示区信息ＹＩ计算行驶状态的信息值一———’—’———一Ｙ●Ｉ更新第二行的信息●Ｉ更新行驶状态显示区信息和车状态显示区信息＜≤匝奎多Ｎ显示报警信息图６１下Ｔ显示模块流程图・（下转第８７页）初始化、发送数据、接收数据。程图如图６所示。提出的方法。总的来说，本文提出的方法可以正确高效地对相位进行解缠绕。当然，在文中所讨论的一些附加准备工作也必须在相位解缠绕之前完成，这可能是本文方法中比较不足的地方。最后，表ｌ列出了这三种相位解缠绕的方法，并做了性能的对比。果表明这个方法可以对相位进行稳健的解缠绕。在以后的工作当中，我们将会重点研究ＳＲＴＭＤＥＭ在ｈｌｓＡＲ处理其他阶段的运用，如配准，基线优化和ＤＥＭ重建。参考文献：［１］ＭｏｒｅｉｒａＪ，￥ｃｈｗａｂｉｓｃｈＭ．ＦｏｍｓｒｏＧ，ｄｅ１．Ｘ－ＳＡＲｉｎｔｅｆｆｅｗｍｅｔｔｙ：Ｆ＇ｕ｜ｔＩ嘲ｌＩｔｓ［ｊ］．ＩＥＥＥＴｒｓｍ．ｃ∞日ｃｉ．ｍ，∞ｔｅＳｅｍ／ｎｇ，１９９５，３３（４）：９５０—［２］Ｊｅｔ酬∞Ｌｄ，ｏ，ｍ叮．（２００５，Ａｕｇ．２８）．ＳｈｕｔｔｌｅｐＩＩｙ［３３Ｍｉｅｅｉｏｎ：ＭｉｓＢｉｏｎｓｒｔｍ／ｍｉｍｉｏｎｏｖｅｒｄｅｗ．ｈｔｍｌ．ＥｉｎｅｄｅｒＭ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｏｆｍ翻ｅｄ９５６．Ｒａｄａｒｔｏ［ｏｏ乎＇１－Ｏｖｅｎｉｅｗ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｌｐ：Ｉｌｗｗｗ２．ｊｐＩ．咖．伊“８ｉＩ毗场ｍｄＳＡＲ蛔姗白Ｄｇｍ＿０ｆｋ伊ａ脚ｔｅｍｄｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｍ．Ｃ，ｅｏｅｃｉ．Ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｒ唔，２００３，４１（６）：１４１５—１４２７．［４］ＬｉａｏＭ，ＷａｎｇＴ，ＬｕＬ。ｄｅ１．Ｒ∞（ｉｎＭｘ，ｌｌｃｔｉｏｌｌ０ｆＤＥＭｓ佃ｍＥＦｌｓ－Ｉ／２ｄ越Ｉ［Ｊ］．ＩＥＥＥｔｍｄｅｍｄａｔａｉｎ图６采用不同方法得到的解缠绕结果襄ｌ三种相位解缠绕方法之间的性能对比ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｍｆａｃｉｈｔａｍｄｂｙＳｌｒｆＭＴｒｅｍｓ．Ｇｅｏｅｄ．Ｒｅｍｏｔｅ［５］ＱｍａｎｄＳ，Ｒ＆ｚｔｔＭ．Ｈａｍｌｉｅｈ．鼬诚ｔｔＩｔｘｓｉｏｔｌ．ｄｉｌａｌｉ∞，叩啪吨，Ｔｒａｎｓ．１ｌＩＨ萨ＰｌⅨａ函唱，１９９５，４ｓｃ鹏ｉｌｌｇ，２００７，４５（７）：２３２５—２３３５．ｄｏｓｉｎｇ伽ｍ妇膳［Ｊ】．ＩＥＥＥＸＺ．Ｈｅｃｏｎｓｔｍｃｌｉｏｎ（３）：３３５—３４５．［６］Ｘｉａｎｇｚ，Ｌｉｎｍ衄ａｎｄＳ１ＴｒＭＤａｔａ［Ｃ］．Ｔｈｅ９ｔｌＩⅧｏｎａ］Ｃｏ幽－ｅｒＪｃｅｒｅｃｏｌｌｓｂ＇ｔｌ击ｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄＳｉ目ｎｄｌｏｆＩｎＳＡＲＤＥＭＦａｄｌｌｔａｔｅｄｂｙＯｒｂｉｔｏｎｓｉ—ｍａＣ－Ｐｒｏｃｅｍ／ｎｇ（１ｃＳＰ）。２００８。３：２３９２—２３９５．【７］ＸｉａｎｇＺ，Ｌｉｕｘｃｍ－ａｔｅｚ．Ａ嗍ＤＥＭｏｎｂｄ嗣ｍ运行环境：Ｐ４２．８Ｇ，ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ。内存要求代ＲａｌｈｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｉｎｔｅＭｅＴｏｍｅｔｒｉｃＳＡＲ［Ｃ］．ＩＥＥＥＩ栅ｆｉｎ－ｄｏｎｅ］Ｃｏｌｌｆ６ｑｒｅｌｌｏｅＡｍ枷ａ，ＳｐｅｅｃｈＰｍｃｅ咖（ＩＣ－表数组的数目。４ＡＳＳＰ），２００８，（４５１７８０４）：１０９３—１０９６．结束语本文提出了一种在ＩｎＳＡＲ数据处理中对ＳＲＴＭ［８］ＳｃｈａｎｍｏＲ，ＶｉｍｅｒＰ．ｈ喊∞ａｄｍｉｔｄｅ妇Ⅱｄｒ硼∞ａｎｄ卵而哆ｆｉｅｌｄ．１ｙｍｖｅｍｅｎｔ细位Ｅ陷∞ｔｅｌＫ嘲［Ｊ】．Ｊｅｕｒｎａｌ《Ｇｅｏｐｌ删冽Ｒｅｅｅａｒｄｌ，１９９８，１０３（４）：８１１３—８１２７．ＤＥＭ进行开发利用的新方法。通过填充ＳＲＴＭ［９］ｃｈｉ庐ａＤｃ。Ｐ—ｔｔＭ［１０］ＱｍｇｒａｍｓＤ．Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｍｉｏｎｅｌｐｈａ的恤ｎ盯哪ＩＰｉｌ唔：ｔｈ∞叮，ｄ．ＤＥＭ，利用轨道状态向量仿真干涉图，去除相位趋势，就可以从ＳＲＴＭＤＥＭ得到无噪声的干涉图，它与鲥ｔＩｌｍＢａｎｄ即ｆｔ’ｍｍ［Ｍ］．ＪｏｈｎＣ实际干涉图有着相同的模式和趋势。利用ＳＲＴＭＤＥＭ，可以对相位进行快速正确的解缠绕。实验结啦Ｔｒａｍ．Ｃ，ｅｏｅｃｉ．ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，２００２，４０（８）：１７０９—１７１９．ｍｅ妇＂ｉｃａｌ＊口ｍ删∞ａｎｄ擎ｎ口捌ｍｃｗｏｒｋｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．责任编辑：肖凑Ｗ，妣ＨＷｉｌｅｙＰｒｏｍ，１９９８．Ａ．Ｐｈａｓｅｍ唰ｎｇｆｏｒｋ寥ＳＡＰ，．ｉｎｔｅｔ＇ｆｅｔ＇ｏ－（上接第８２页）的必然趋势，本文阐述了一种总线思想的汽车仪表设计方案，从总体及软硬件方面详细介绍了带ＣＡＮ示实时油耗，第二行显示可行驶里程，第三行显示平均油耗、平均车速、巡航车速以及已行驶时间四种信息的一种，通过外部按键来切换要显示的信息。出现箜篓冀篁里碧苎三毳哩鉴罂蝥謦。一。；存誓婺篓雹兰霉曼凳曼三戛是霪篡量：．篓：霎兰达状态以及远、近光灯状态。报警显示区位于屏幕右上方，显示报警信息，当通讯的嵌入式汽车仪表的设计，该仪表／古～缸Ｊ舒适。Ｍ的３Ｊ＾ｋ．＇蜘ｌ，／ｂ菟；主票该夏盖亲磊；嘉；姜盂覆磊驾驶员更为：。叫“”’”“““…。且”７兀”风阳司认烈灭州参考文献：［１］饶运涛・邹继军，郑勇芸・现场总线ＣＡＮ原理及应用技术［Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００３－［２］朱治高，黄春梅－基于ｃＡＮ总线汽车仪表及显示系统的实车状态显示区使用图形方式显示车门状态、雷传感器信息显示区显示水温信息、燃油信息、车４筇罘话铲譬鬯罂程信息。随着汽车技术的发展。总线化是汽车仪表发展嘲翥罢摆蒜篡嚣：揪姗粼蝴究．舢（５）．责任编辑：张荣簪HYPERLINK"/retype/zoom/d399a6df5022aaea998f0f29?pn=4&x=0&y=1874&raww=419&rawh=244&o=png_6_0_0_63_204_301_175_753_1099.5&type=pic&aim