基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表設(shè)計(jì)

王 襄

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北十堰，442000）

基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表設(shè)計(jì)

王 襄

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北十堰，442000）

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)在汽車領(lǐng)域也得到了逐步應(yīng)用。本文將Zigbee無(wú)線通信技術(shù)用于基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表設(shè)計(jì)，其主要目的在于解決傳統(tǒng)汽車儀表有線連接的缺點(diǎn)，節(jié)約了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)效益。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行后，能夠正常工作，達(dá)到了預(yù)期的目的及應(yīng)用要求。

無(wú)線傳輸；智能儀表；設(shè)計(jì)

0 引言

傳統(tǒng)的汽車儀表采用機(jī)械儀表與液晶屏顯示相結(jié)合的方式，其缺點(diǎn)是質(zhì)量重、占用空間大、機(jī)械連接與線束鏈接復(fù)雜、不便于維護(hù)。而汽車智能儀表通常采用液晶屏顯示方式，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、檔位、行駛車速、水溫、油量等重要信息集成在一起，通過(guò)液晶屏上直觀顯示出來(lái)。本文在充分滿足用戶需求的前提下，嘗試通過(guò)基于無(wú)線傳輸技術(shù)，對(duì)汽車儀表智能化設(shè)計(jì)。采用液晶屏模擬組合式顯示的功能和無(wú)線傳輸協(xié)議，進(jìn)行無(wú)線收發(fā)信息，摒棄了傳統(tǒng)的組合式汽車儀表復(fù)雜的機(jī)械連接和線束連接，整個(gè)儀表系統(tǒng)變得更加輕便，而且功能更加齊全、界面更加清晰、占用的空間更小，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。

1 基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表功能設(shè)計(jì)

基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表包含發(fā)射機(jī)儀表和接收機(jī)儀表兩個(gè)模塊，其中發(fā)射機(jī)儀表安裝在汽車上，通過(guò)CAN總線連接接收發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出的信息，而接收機(jī)儀表安裝在汽車的方向盤上，與汽車的方向盤集成。整個(gè)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心控制芯片，采用Zigbee無(wú)線傳輸方法代替有線傳輸。另外，還需要最小的控制系統(tǒng)MC9S12D64、無(wú)線傳輸射頻芯片nRF24L01、數(shù)字儀表LCM141等其他電子元件。具體方案如下：

1.1 將一個(gè)最小控制系統(tǒng)MC9S12D64安裝在汽車上，作為控制系統(tǒng)的CAN總線的接收端與無(wú)線射頻芯片nRF24L01的發(fā)送端。在該系統(tǒng)中CAN協(xié)議負(fù)責(zé)解釋并解讀來(lái)著控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包，并篩選出一期的相關(guān)顯示參數(shù)，最后將這些參數(shù)一數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)陌l(fā)送端發(fā)送出去。

1.2 將一個(gè)最小控制系統(tǒng)MC9S12D64安裝在汽車的方向盤上，作為無(wú)線傳輸射頻芯片nRF24L01的數(shù)據(jù)包的接收端和儀表LCM141的顯示控制。

無(wú)線模塊nRF24L01一共有VCC、GND、SCk、MOSI、CSN、CE、IRQ、MISO等8個(gè)引腳。只有對(duì)無(wú)線模塊提供合適的電壓和電流，并且其他6個(gè)引腳正確連接，nRF24L01無(wú)線模塊才能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過(guò)無(wú)線傳輸取代有線傳輸，去除了汽車儀表的機(jī)械連接和線束鏈接，有效的減少了儀表的重量，并增加了汽車內(nèi)的活動(dòng)空間，改善了駕駛環(huán)境，同時(shí)，運(yùn)用無(wú)線傳輸模塊也更加便于對(duì)汽車儀表的維護(hù)。

2 智能儀表數(shù)據(jù)采集架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表數(shù)據(jù)采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括上位機(jī)、Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、智能儀表和其他傳感器，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

圖 1基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表數(shù)據(jù)采集架構(gòu)圖

在上位機(jī)系統(tǒng)中采用C語(yǔ)言編寫控制程序，并通過(guò)SZ05-STD等模塊組成Zigbee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)和智能儀表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、檔位、行駛車速、水溫、油量等重要信息等重要信息的采集，并實(shí)時(shí)顯示在液晶屏界面上。

2.2 SZ05-STD模塊采用的是Zigbee無(wú)線技術(shù)，是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，其模塊引腳如圖2所示：

圖 2 SZ05-STD模塊引腳圖

SZ05-STD具有安裝尺寸小、通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性。能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3 智能儀表軟件模塊設(shè)計(jì)

汽車智能儀表系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定地工作，除了需要硬件設(shè)計(jì)合理外，還需要具有良好性能的軟件系統(tǒng)，下面主要為基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表的軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫，程序調(diào)試方便，運(yùn)用靈活。軟件模塊采用模塊化的思想，即單獨(dú)編寫并調(diào)試各個(gè)模塊的代碼，最后將其連接起來(lái)，有利于軟件程序的調(diào)試與修改。

主程序模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)子程序模塊進(jìn)行調(diào)度，讓各個(gè)子模塊能夠正常工作和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)初始化模塊主要是對(duì)系統(tǒng)主控制器中的寄存器、系統(tǒng)時(shí)鐘和引腳等進(jìn)行配置。

CAN 總線通信模塊主要是完成數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與汽車儀表節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。液晶屏顯示模塊用于顯示各個(gè)儀表圖形和汽車行駛里程值。汽車點(diǎn)火啟動(dòng)對(duì)汽車儀表系統(tǒng)進(jìn)行供電，開始初始化液晶屏顯示儀表界面，各個(gè)儀表進(jìn)行復(fù)位。儀表系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)后，液晶屏刷新界面顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?？撮T狗模塊能夠在系統(tǒng)程序跑飛時(shí)使系統(tǒng)重新復(fù)位，以保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊完成將汽車行駛的里程數(shù)據(jù)值存入EEPROM中。

在汽車智能儀表數(shù)據(jù)采集模塊中包含有脈沖信號(hào)采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、CAN總線通信模塊等，其中脈沖信號(hào)采集模塊和模擬信號(hào)采集模塊是用來(lái)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、檔位、行駛車速、水溫、油量等重要信息等重要信息的采集和計(jì)算；CAN總線通信模塊是根據(jù)CAN總線通信協(xié)議對(duì)采集并處理好的數(shù)據(jù)編譯形成規(guī)定的報(bào)文，并通過(guò)CAN總線發(fā)送到汽車智能儀表系統(tǒng)上去。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件主流程序如圖3所示：

圖 3數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件主流程序

在該程序中，需要完成循環(huán)采集四路傳感器數(shù)據(jù)，其中包括三路壓力數(shù)據(jù)和一路溫度數(shù)據(jù)，另外，也可以完成更多路的數(shù)據(jù)采集。將定時(shí)時(shí)間設(shè)定為100ms，每過(guò)100ms就采集一路的數(shù)據(jù)，并將采集到的傳感器數(shù)據(jù)傳送到液晶屏界面顯示，并同時(shí)將該數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果串口接受中斷被觸發(fā)，則認(rèn)為系統(tǒng)讀取傳感器數(shù)據(jù)成功，否則就認(rèn)為系統(tǒng)讀取傳感器數(shù)據(jù)失敗，轉(zhuǎn)去讀取下一路的傳感器數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表設(shè)計(jì)，采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械連接和線束連接，為實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠、高適應(yīng)、低消耗等方面提供了發(fā)展空間并提高了汽車儀表的可靠性、測(cè)量速度以及通用性。同時(shí)降低了儀表的使用成本。其次,選擇單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件,用一個(gè)單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等,實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化。整個(gè)儀表系統(tǒng)變得更加輕便，而且功能更加齊全、界面更加清晰、占用的空間更小，對(duì)基于無(wú)線傳輸技術(shù)的汽車智能儀表設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。

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Intelligent instrument design based on wireless transmission technology

Wang Xiang
（Hubei Industrial Polytechnic,Hubei Shiyan,442000）

With the rapid development of China's auto industry, artificial intelligence technology in the automotive field has been gradually applied. Zigbee wireless communication technology is used in the design of intelligent instrument based on wireless transmission technology. The main purpose of this paper is to solve the shortcomings of the cable connection of the traditional vehicle, save the system cost and improve the benefit of the system. After the debugging and running of the system, the system can work normally and achieve the expected purpose and application requirements.

wireless transmission, intelligent instrument, design

TP212.6

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