CAN在汽車數(shù)字儀表中的應(yīng)用探討

周清清

摘 要：根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)，以汽車數(shù)字儀表為對(duì)象，設(shè)計(jì)了以總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸框架的儀器系統(tǒng)。通過建立CAN總線智能節(jié)點(diǎn)，顯示終端設(shè)置儀器系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)和多任務(wù)調(diào)度的數(shù)字儀器建立的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能。

關(guān)鍵詞：CAN 總線技術(shù) 數(shù)字儀表 結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U463.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（a）-0004-02

經(jīng)過100年的發(fā)展，現(xiàn)代汽車已從純機(jī)械化的起步成為微電子、控制、信息、材料等高科技技術(shù)、智能應(yīng)用平臺(tái)的整合。為了滿足人們對(duì)汽車的安全性和舒適性需求以及國(guó)家對(duì)能源及環(huán)境的改善，節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)等方面的功能需求不斷提高，大量的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信控制等科學(xué)技術(shù)成果已應(yīng)用于汽車工業(yè)、自動(dòng)控制功能集成，向著網(wǎng)絡(luò)化與智能化的方向發(fā)展。汽車儀表是現(xiàn)代汽車集存儲(chǔ)、分析、識(shí)別、控制功能、顯示和控制等功能的關(guān)鍵部件之一。其能夠體現(xiàn)汽車的各類型參數(shù)，保證輔助行車的安全。相對(duì)比現(xiàn)代類型的汽車所顯示信息的內(nèi)容時(shí)，高精度電子化設(shè)備，傳統(tǒng)設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字設(shè)備已成必然。與ECU傳感器有效的各部分之間形成一種可靠的數(shù)據(jù)形式，該文提出了一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成的微處理器，建立數(shù)字信息交換的平臺(tái)是基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)，通過ECU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，降低了能源的消耗，優(yōu)化了汽車儀表的安全，實(shí)現(xiàn)了汽車的可靠性與舒適性，提高了通用性的設(shè)備產(chǎn)品，使得產(chǎn)品更加的向著標(biāo)準(zhǔn)化與系列化邁進(jìn)。

1 數(shù)字儀表體系總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 體系主要功能的分析

通過查閱相關(guān)資料，確定了數(shù)字儀表系統(tǒng)的主要功能，如下：繼承和提高了模擬功能速度、里程、燃料的形式，一個(gè)數(shù)字信號(hào)、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、處理和顯示。車輛運(yùn)行和ECU工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如標(biāo)志、聲音異常，以及其他形式的報(bào)警燈面板，可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我急救保護(hù)。個(gè)性化設(shè)置，用戶可以選擇與搭配，充分顯示了具有設(shè)置風(fēng)格的儀器，儀表盤的控制面板的顏色所顯示的內(nèi)容、大小、瀏覽器與位置的關(guān)系、圖片的切換更具有人性化。在儀表上擴(kuò)展日歷、倒車?yán)走_(dá)顯示、行車記錄儀、GPS導(dǎo)航與WiFi等等軟硬件的功能。此外，模塊化設(shè)計(jì)方便配置其他車輛供用戶進(jìn)行選擇。在體系的整體結(jié)構(gòu)上，滿足了模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化的要求，嵌入式的實(shí)時(shí)操作具有控制與協(xié)調(diào)體系數(shù)據(jù)采集、數(shù)字傳輸、處理與存儲(chǔ)、顯示和儲(chǔ)備的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 體系總體結(jié)構(gòu)的方案

根據(jù)儀表的功能要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該文采用CAN總線通信技術(shù)和TFT-LCD技術(shù)，采用ARM處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)確定系統(tǒng)方案的整體結(jié)構(gòu)。

2 CAN 通信模塊接口設(shè)計(jì)

CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在該文中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以視為一個(gè)數(shù)字儀表，所以這是一個(gè)CAN總線通信的模塊需要有控制器和收發(fā)器，平衡邏輯電平轉(zhuǎn)換的差異，能夠完成發(fā)送和接收數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。該文分析了可以收發(fā)器和兩個(gè)接口之間的接口設(shè)計(jì)。

2.1 CAN 控制器的基本結(jié)構(gòu)

因?yàn)長(zhǎng)PC2478協(xié)議控制器是嵌入式主控制器，數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議和物理層的功能不需要獨(dú)立連接。

2.2 CAN 收發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)

本文選用TJA1040收發(fā)器作為CAN控制器和總線接口，實(shí)現(xiàn)兩發(fā)在總線引腳保護(hù)汽車瞬態(tài)環(huán)境之間的差異，支持3.3 V和5 V的電壓，可以連接到至少110個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.3 數(shù)字儀表體系的RTOS 平臺(tái)

數(shù)字儀表系統(tǒng)采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）平臺(tái)進(jìn)行多任務(wù)和時(shí)間管理。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率。在μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，免費(fèi)開源代碼，操作方便，對(duì)硬件要求低的優(yōu)點(diǎn)，已被選定為開發(fā)平臺(tái)。內(nèi)核μC/OS-II需要運(yùn)行在LPC2478中并實(shí)現(xiàn)其功能，本部分的重點(diǎn)是結(jié)合了有限的空間，在這里留下了μC/OS-II LPC2478移植過程，μC/OS-II任務(wù)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的一個(gè)基本組成部分。

3 體系的軟件設(shè)計(jì)

3.1 體系任務(wù)的分析

該文研究總線車載數(shù)字表顯示了體系的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)：燃油、速度、水和路程。顯示了需要報(bào)警的信號(hào)：安全帶、輪胎壓力、電池、門開關(guān)、潤(rùn)滑油、制動(dòng)器與轉(zhuǎn)向器等。根據(jù)所顯示的信息比要求，相應(yīng)的工作分為：發(fā)送、液晶顯示、按鍵掃描、可總線接收與報(bào)警等。每個(gè)任務(wù)同步和數(shù)據(jù)通信是通過信號(hào)量之間的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)與消息的呈現(xiàn)。

3.2 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置

不同的信號(hào)顯示，不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以顯示不同數(shù)值。依據(jù)良好的工作秩序安排儀器設(shè)備，確定本文工作的優(yōu)先級(jí)：優(yōu)先啟動(dòng)系統(tǒng)；LCD顯示報(bào)警，設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)；CAN總線接收數(shù)據(jù)設(shè)置優(yōu)先級(jí)液晶屏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息顯示應(yīng)可以優(yōu)先保留；液晶儀表顯示設(shè)置，將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線的優(yōu)先級(jí)；暫時(shí)設(shè)定優(yōu)先級(jí)；設(shè)定的掃描按鈕為優(yōu)先級(jí)最低，每個(gè)任務(wù)通信的整體之間的關(guān)系可以優(yōu)先設(shè)置。

4 數(shù)字儀表體系

LCD圖形的接口實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與用戶功能的交互，使最后的鏈接布局和展示圖形功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過調(diào)用GUI函數(shù)寫一系列的圖形繪制功能。分析方法在這上面提到的任務(wù)1，儀表板的速度，燃料，冷卻液，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)顯示，并根據(jù)里程計(jì)算數(shù)據(jù)值。通過編寫和使用功能任務(wù)1信息顯示和報(bào)警指示結(jié)果，儀表板采取高對(duì)比度的顏色為背景，設(shè)置警報(bào)信號(hào)顯示了儀表盤頂部的區(qū)域，依據(jù)實(shí)際里程的特殊情況來(lái)報(bào)警。相應(yīng)的速度、燃料和水溫參數(shù)都顯示在一個(gè)圓形指針式。桌子上的明亮的黃色表盤輪廓在正確的安排，當(dāng)燃料<1/10，規(guī)模變?yōu)榧t色，并顯示旁邊的“低燃料！”；與明亮的綠色表盤右下輪廓區(qū)域布局，在>3/4度的水表面溫度變成紅色，并顯示“水溫度太高！”；在兩位數(shù)分別記錄了總里程與即時(shí)里程；底部數(shù)字顯示了時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

該文以汽車數(shù)字儀表體系為研究的主要對(duì)象，實(shí)時(shí)操作了該體系平臺(tái)，詳細(xì)介紹了CAN網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液晶屏顯示該車輛信息的功能化，開發(fā)成套的汽車數(shù)字智能儀器體系的原型。該文只是簡(jiǎn)單從理論的角度來(lái)考慮，探討了嵌入式車載數(shù)字儀表體系的應(yīng)用，完成了體系的硬件和軟件設(shè)計(jì)，從實(shí)用性和產(chǎn)品的端到端有了相當(dāng)大的差距，還需要不斷的探索和研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹曉琳，王登峰，車曉鐳.汽車CAN 總線數(shù)字組合儀表設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2010，32（1）：87-88.

[2] 付軼璇，王建.基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表的研究[J].國(guó)外電子元器件，2008，16（12）：59.

[3] 閆哲銘，王建.基于Luminary LM3S8962的汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2010，32（1）：164-165.

[4] 王義，邱云峰.汽車CAN總線電動(dòng)車窗控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科技通報(bào)，2012，28（5）：113-114.

[5] 付勝波.基于CAN總線的汽車組合儀表研究[D].武漢理工大學(xué)，2007：15-18.

[6] 馮正斌，胡琦，李軍偉.基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2010（11）：29.

[7] 顧鳳玉.基于CAN總線的汽車全數(shù)字智能儀表的研究[D].蘇州大學(xué)，2009.