一種基于CAN總線的汽車儀表控制器

【摘 要】如今，汽車向節(jié)能、低碳、安全和舒適等方面的趨勢(shì)發(fā)展，CAN總線的汽車儀表控制器具有高集成化、高穩(wěn)定性等特性，可以符合更多復(fù)雜信息的處理功能要求。

【關(guān)鍵詞】CAN總線 集成 儀表控制器

【中圖分類號(hào)】U463.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）03-0005-02

近年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和電子控制技術(shù)的不斷完善，各種功能的電子器件越來越復(fù)雜。目前，汽車儀表已經(jīng)由最初的基于機(jī)械作用力工作的機(jī)械式儀表發(fā)展到全數(shù)字形式。汽車組合儀表也變?yōu)檐囕v主要信息的顯示單元，駕駛員運(yùn)用此平臺(tái)了解汽車各種狀況，也可以通過其直觀、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地掌握車輛的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。由于汽車電子電器數(shù)量的急劇增多，汽車的相關(guān)連接導(dǎo)線的數(shù)量和車身的重量也有所增加，網(wǎng)絡(luò)和總線技術(shù)在此期間雖然有了很大的發(fā)展，但是還不能完全解決汽車電子系統(tǒng)的增加帶來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性，車?nèi)線纜總長度太長導(dǎo)致車重增加的問題，當(dāng)今社會(huì)研究一種基于CAN總線的汽車儀表控制器是汽車發(fā)展的需要。

組合儀表系統(tǒng)主要由下列幾個(gè)部分組成：車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油量表以及大小里程表，另外還有故障報(bào)警燈、系統(tǒng)照明及里程存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)內(nèi)部的單片機(jī)接收到的信號(hào)來自車速、轉(zhuǎn)速、溫度、油量等傳感器信號(hào)的采集，汽車儀表為汽車駕駛員提供各種汽車數(shù)據(jù)信息，是汽車的信息交換窗口，能夠集中、直觀地顯示汽車在行駛過程中的各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。一種基于CAN總線的汽車儀表控制器的單片機(jī)接收到的信號(hào)來自車速、轉(zhuǎn)速、溫度、油量等傳感器信號(hào)的采集，主控芯片接受其他CAN總線的節(jié)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等一些數(shù)據(jù)信息，經(jīng)主控芯片及時(shí)處理后在LCD實(shí)時(shí)顯示?？梢苑奖憧旖莸仫@示各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)為了防止里程數(shù)據(jù)丟失，主控芯片執(zhí)行的程序中將里程值的變化保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。其中車速是脈沖信號(hào)，車速傳感器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)過濾波、整形后輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，送入單片機(jī)完成速度的測(cè)景運(yùn)算。

CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面：電源電路模塊設(shè)計(jì)；CAN總線通信接口模塊設(shè)計(jì)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)；LCD液晶顯示模塊以及一些常用的狀態(tài)指示、報(bào)警燈等。

本系統(tǒng)控制器選擇飛思卡爾公司型號(hào)為MC9S12X的16位單片機(jī)。這是一款集多種專用功能于一身，可用于設(shè)計(jì)汽車儀表盤的芯片，芯片本身具有液晶驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能，飛思卡爾的芯片特點(diǎn)也比較適合國內(nèi)汽車對(duì)于經(jīng)濟(jì)高效儀表盤的要求。MC9S12X芯片需要采用段碼式LCD，控制器芯片內(nèi)部具有4個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。為了防止斷電以后汽車?yán)锍虜?shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)采用了可讀寫數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器芯片（EEPROM）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。MC9S12X控制的汽車行駛每1km里程更新一次數(shù)據(jù)，并且保存在存儲(chǔ)器中。

電源電路設(shè)計(jì)變壓器選用的轉(zhuǎn)換芯片低壓降線性穩(wěn)壓器，內(nèi)含過流保護(hù)、過溫保護(hù)、短路保護(hù)等多種特性，將汽車供給系統(tǒng)提供的12V電壓轉(zhuǎn)化成單片機(jī)需要的5V電壓供電。此外，該芯片也可以輸出3.3V的電壓。

CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)由于利用飛思卡爾公司的MC9S12X芯片加以控制，外加儀表整合功能具有五大優(yōu)勢(shì)：（1）有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制；（2）能集中、直觀、實(shí)時(shí)地顯示汽車在行駛過程中的各種數(shù)據(jù)信息；（3）技術(shù)穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速度快、維護(hù)成本低；（4）由于單片機(jī)的控制其數(shù)據(jù)測(cè)試的正確性比較高；（5）可以方便快捷地顯示各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及啟動(dòng)也比較簡單容易。

CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)主要的工作流程為：首先電源電路通過變壓器將汽車供給系統(tǒng)提供的12V電壓轉(zhuǎn)化成單片機(jī)需要的5V電壓供電；之后CAN控制器通過MC9S12X的芯片與收發(fā)器構(gòu)成一個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)，用于高速CAN總線的傳輸，各種模擬信號(hào)經(jīng)過芯片的端口，進(jìn)而經(jīng)過微控制器的調(diào)節(jié)送入到主控單元MC9S12X中，完成各種模擬信號(hào)的收集；單片機(jī)根據(jù)CAN總線收發(fā)器傳送過來的數(shù)據(jù)，主要為車速、轉(zhuǎn)速、水溫和油量等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)得的數(shù)據(jù)，得到單片機(jī)的計(jì)算處理后，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而使車速、轉(zhuǎn)速、水溫和油量指針到達(dá)指定的位置；LCD顯示器也將單片機(jī)處理后的一些數(shù)據(jù)如車速、大小里程、燃油量、水溫、機(jī)油壓力、系統(tǒng)電壓值等駕駛操作信息實(shí)時(shí)滾動(dòng)地顯示出來，利于用戶清晰、直觀地了解汽車的工作性能。

CAN總線的汽車儀表控制器系統(tǒng)工作流程如圖2。

其中車速的信號(hào)是脈沖信號(hào)，需要使用方波信號(hào)，所以車速傳感器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)過濾波、整形后輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，送入單片機(jī)完成速度的測(cè)量運(yùn)算；而燃油位置傳感器采集的是模擬信號(hào)，經(jīng)過前端電壓信號(hào)的處理轉(zhuǎn)換、CAN

總線的收送后，送入單片機(jī)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算處理后，通過CAN總線接口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送LCD顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示，同時(shí)單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口控制步進(jìn)電機(jī)，通過指針控制其數(shù)據(jù)值精確地顯示。

基于MC9S12X主控芯片設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)CAN總線汽車數(shù)字式組合儀表。CAN總線儀表控制系統(tǒng)大大地提高了組合儀表的精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各指針的精確控制。該組合儀表經(jīng)過調(diào)節(jié)測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定、功能可靠，具有一定的市場(chǎng)推廣與應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕