基于ARM的雷達(dá)整車智能配電系統(tǒng)顯控管理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張兢晶

摘要：為了滿足雷達(dá)整車智能配電系統(tǒng)模塊化的設(shè)計(jì)需求，本文設(shè)計(jì)了一種的顯控管理模塊。該模塊基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的單片機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)一路CAN總線與其他內(nèi)部執(zhí)行模塊進(jìn)行組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部執(zhí)行模塊的通信與控制，通過(guò)RS232串口通訊將配電數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕中，用戶可以通過(guò)觸屏或按鍵對(duì)執(zhí)行模塊進(jìn)行控制。此外，顯控管理模塊還可以通過(guò)以太網(wǎng)或另一路CAN總線與上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行通信，將雷達(dá)整車的配電參數(shù)整合到上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)整車智能配電 顯控管理模塊 CAN總線通信 觸屏 液晶顯示

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0001-02

1 引言

隨著雷達(dá)整車系統(tǒng)對(duì)后級(jí)設(shè)備用電狀況的信息越來(lái)越重視，對(duì)安全性和智能化管理的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的配電已經(jīng)不能滿足雷達(dá)整車操作的需求。為此，一套能夠綜合采集、監(jiān)控、保護(hù)及顯示各級(jí)配電設(shè)備信息的智能化、模塊化的配電系統(tǒng)，能夠極大程度的提高生產(chǎn)、調(diào)試、維修的效率，也給用戶對(duì)雷達(dá)整車系統(tǒng)的供電管理帶來(lái)全新的體驗(yàn)。

顯控管理模塊作為雷達(dá)整車智能配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理、通信及觸摸液晶屏顯示等技術(shù)，完成對(duì)配電網(wǎng)和負(fù)載的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制，是整車配電系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。

2 整體設(shè)計(jì)

整個(gè)配電系統(tǒng)是基于模塊化的設(shè)計(jì)思路，顯控管理模塊作為系統(tǒng)的核心管理控制模塊，主要通過(guò)CAN總線對(duì)內(nèi)部執(zhí)行模塊進(jìn)行通信、從而實(shí)現(xiàn)控制、配電數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時(shí)顯示。顯控模塊原理框圖如圖1所示，顯控模塊包括了基于ARM內(nèi)核的高性能單片機(jī)、通信單元、電源轉(zhuǎn)換單元、按鍵控制單元以及液晶顯示單元。

3 單元設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)介紹

顯控模塊的單片機(jī)采用的是基于ARM內(nèi)核的STM32F407ZGT6芯片，工作頻率可以達(dá)到168MHz。該芯片使用廣泛，接口齊全，它最多有140個(gè)I/O口，3路12位A/D轉(zhuǎn)換器，2路12位D/A轉(zhuǎn)換器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全滿足了本設(shè)計(jì)的要求。

3.2 通信單元

顯控模塊的通信單元主要包括對(duì)內(nèi)通信和對(duì)外通信。對(duì)外通信使用以太網(wǎng)或CAN通訊方式，將配電數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。對(duì)內(nèi)通訊采用CAN總線方式進(jìn)行連接組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)執(zhí)行模塊的控制與管理。

網(wǎng)口電路采用ARM內(nèi)部MAC控制器結(jié)合以太網(wǎng)PHY控制器（DP83848IVV），通過(guò)RMII連接模式，經(jīng)隔離變壓器（H1102NL）輸入輸出，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口通信。CAN接口采用ARM內(nèi)部?jī)陕稢AN控制器，結(jié)合隔離CAN總線收發(fā)器（ADM3053BRZ），構(gòu)成雙CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。

3.3 電源轉(zhuǎn)換單元

電源轉(zhuǎn)換單元采用MINMAX公司DC/DC模塊MCWI05-24S05。先將輸入24V電源轉(zhuǎn)換成5V，然后再使用78D33三端穩(wěn)壓器，轉(zhuǎn)換成芯片所需要的3.3V。電路圖如圖2所示。

MCWI系列DC/DC模塊采用SIP-8封裝，具有小體積（21.8*9.3mm），較高的輸出效率（83%），且具有4：1寬輸入特性，輸入電壓范圍在9V～36V，輸出功率為5W。

3.4 按鍵控制單元

為了實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的本控加電操作，顯控管理模塊預(yù)留了16路本控非持續(xù)動(dòng)作型按鍵，可以對(duì)16個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行加斷電操作。此外，上位機(jī)同樣有按鍵電平控制信號(hào)，對(duì)執(zhí)行模塊進(jìn)行邏輯控制。

按鍵電路采用光耦隔離方式，可以有效的隔離按鍵供電對(duì)單片機(jī)控制電路的影響。電路圖如圖3所示。

3.5 液晶顯示單元

液晶顯示單元選擇了英碩自動(dòng)化公司的EPP320-0571-35觸摸液晶屏幕。該屏幕不僅僅是一款顯示器，它相當(dāng)于一個(gè)小型的嵌入式顯示終端，可以執(zhí)行所有控制器上能運(yùn)行的軟件組件?？梢酝ㄟ^(guò)Automation Studio編程工具進(jìn)行編程。

該液晶終端外置了串口、網(wǎng)口、USB等通訊接口，便于開(kāi)發(fā)和調(diào)試，從硬件資源上已經(jīng)可以完全滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，同時(shí)其顯示系統(tǒng)比較清晰，5.7寸的顯示屏，分辨率達(dá)到了QVGA級(jí)，用戶的使用體驗(yàn)優(yōu)于一般市面上的液晶屏。此外，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Automation Studio功能強(qiáng)大，使用戶可以較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)出友好的操作界面，其多任務(wù)的操作系統(tǒng)Automation Runtime設(shè)計(jì)思路和豐富的底層庫(kù)函數(shù)使用戶可以寫(xiě)出健壯的控制顯示程序。

4 軟件設(shè)計(jì)

顯控模塊主要包含2個(gè)部分的軟件設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件設(shè)計(jì)和液晶顯示器的軟件設(shè)計(jì)。

4.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要是利用MDK-ARMKeilv4.7開(kāi)發(fā)軟件對(duì)STM32F407進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

顯控模塊的單片機(jī)程序包含兩個(gè)部分：主程序（main）和中斷服務(wù)程序（ISR）。系統(tǒng)的主程序簡(jiǎn)單，主要完成了一些外設(shè)的初始化和TIM等設(shè)備中斷的初始化，其中UART通訊速率設(shè)定為115200bit/s，CAN通訊速率設(shè)定為500kbit/s。系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序由三級(jí)中斷嵌套而成，分別為定時(shí)器中斷級(jí)別第三（最低），UART接收中斷級(jí)別第二，用于液晶模塊的通信，CAN接收中斷級(jí)別第一（最高），用于內(nèi)部CAN總線通信。

ISR中的定時(shí)器中斷服務(wù)周期為100ms，所有其他功能函數(shù)以及其他中斷服務(wù)函數(shù)均必須在這100ms內(nèi)完成。選擇該設(shè)計(jì)方式主要為了達(dá)到兩個(gè)目的：其一是以100ms為控制周期的主要目的是在用戶最快反應(yīng)周期（0.1s）內(nèi)完成對(duì)液晶模塊內(nèi)容的更新，使得液晶模塊能夠?qū)崟r(shí)顯示所有子設(shè)備的運(yùn)行信息，提高用戶體驗(yàn)和使用感受；其二是該設(shè)計(jì)方式可以確定系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)速度，對(duì)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到一定控制和預(yù)測(cè)。

定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)主要完成了對(duì)液晶模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的CRC-16校驗(yàn)、對(duì)按鍵的防抖掃描、對(duì)液晶模塊操作指令和按鍵操作指令的綜合判斷和信息同步、對(duì)CAN總線上從設(shè)備的控制指令發(fā)送和設(shè)備周期輪詢，其函數(shù)流程圖如圖4所示。

4.2 液晶模塊軟件設(shè)計(jì)

液晶模塊的軟件設(shè)計(jì)主要是利用Automation Studio軟件對(duì)EPP320屏幕進(jìn)行編程，編程包括界面的設(shè)計(jì)和后臺(tái)程序的編寫(xiě)。在Automation Studio中設(shè)計(jì)界面非常簡(jiǎn)單，軟件內(nèi)部已經(jīng)提供了大量的顯示對(duì)象供用戶使用，大多數(shù)的顯示對(duì)象提供了特定唯一的控制變量，通過(guò)后臺(tái)的變量聲明和捆綁環(huán)節(jié)，用戶可以通過(guò)更改控制變量來(lái)更改顯示對(duì)象的效果。軟件設(shè)計(jì)的界面如圖5、圖6所示。圖5為智能配電平臺(tái)的總界面，可以顯示后級(jí)設(shè)備的工作狀態(tài)信息，圖6是其中一個(gè)設(shè)備的詳細(xì)頁(yè)面，在詳細(xì)頁(yè)面內(nèi)會(huì)具體的顯示該設(shè)備的運(yùn)行信息，例如電壓、電流、溫度等，并可以人為的復(fù)位或更改其內(nèi)部保護(hù)門(mén)限參數(shù)。

5 實(shí)物展示（圖7）

6 結(jié)語(yǔ)

該顯控模塊已經(jīng)完成調(diào)試，并已安裝于雷達(dá)整車智能配電系統(tǒng)之中。全系統(tǒng)已經(jīng)順利通過(guò)項(xiàng)目實(shí)測(cè)驗(yàn)收，在功能上，穩(wěn)定性上，操作性上都滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

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