汽車智能儀表設(shè)計及CAN總線技術(shù)應(yīng)用

陳聰 王樂樂

摘要：在汽車的行駛中，傳統(tǒng)的汽車儀表只能為駕駛員提供比較少量的信息，在社會經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展下，傳統(tǒng)的汽車儀表已經(jīng)不能滿足人們對汽車信息化、智能化的發(fā)展要求?？萍嫉陌l(fā)展使得汽車工業(yè)朝著精細(xì)化、信息化、智能化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車智能儀表設(shè)計；CAN總線；技術(shù)應(yīng)用

1 汽車智能儀表的功能分析

第一，應(yīng)用智能車載數(shù)字儀表來對信息進(jìn)行綜合展示，涉及到的信息包括發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動速度、車輛運(yùn)行速度、燃油量等。第二，實(shí)現(xiàn)對汽車各部門零件運(yùn)行狀態(tài)、車載設(shè)備的實(shí)時性檢測，在發(fā)現(xiàn)異常狀況的時候及時采取補(bǔ)救措施。第三，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣來選擇適合自己的汽車智能儀表操作截面，實(shí)現(xiàn)汽車智能儀表的個性化應(yīng)用。第四，汽車智能儀表系統(tǒng)具有外設(shè)和擴(kuò)展兩個接口，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的下載，并結(jié)合數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行擴(kuò)展，比如雷達(dá)、電子地圖等。按照汽車智能儀表功能特點(diǎn)，在操作的時候需要按照相應(yīng)的原則進(jìn)行，注重傳感器、總線傳輸、中央處理器、數(shù)據(jù)存儲的操作。

2 智能儀表系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)

智能儀表系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：中央控制器硬件共分為10個模塊：（1）中央處理器M CU X2）電源模塊（B）CAN通訊模塊4）頻率量采集模塊（5）模擬量采集模塊（6）開關(guān)量采集模塊（7）時鐘模塊（8）外設(shè)接口擴(kuò)展模塊（9）串口調(diào)試模塊（10Flash存儲模塊。

3 汽車智能儀表設(shè)計及CAN總線技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)硬件的分析

3.1 硬件總體方案的選擇

隨著科技的飛速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，人們對汽車性能的可靠性和駕駛舒適性的要求變得越來越高，為了滿足用戶的需求，越來越多的電子設(shè)備運(yùn)用在汽車上。龐大的電子設(shè)備之間的信息交換，指令的傳遞，以及數(shù)據(jù)的采集處理和判斷都變得異常的復(fù)雜，隨之而來的車內(nèi)空間的緊缺，眾多電子設(shè)備帶來的運(yùn)行時故障率越來越高，維修的難度越來越大。為了能使信號在車內(nèi)各個部分間傳遞，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)信息共享，對采集到的信息能夠及時的傳遞給處理器，并且能發(fā)出正確的指令，傳統(tǒng)控制器模塊和線束通訊模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，因此，高性能的處理器和CAN總線通訊應(yīng)運(yùn)而生。

本系統(tǒng)的中央處理器選用的是Motorol公司生產(chǎn)的MC9S12DG128這款16位的單片機(jī)。該處理器利用CAN總線通訊控制對各點(diǎn)的信息進(jìn)行接收和發(fā)送。對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行分析和處理然后做出判斷，最后發(fā)出指令。在圖像顯示方面，完成對數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換以及圖像的生成、處理和存儲，最終能綜合全面的在液晶顯示器上顯示車輛運(yùn)行時的駕駛員所需要的各種車況信息。因此，對處理器的選擇至關(guān)重要，關(guān)系到車載電子系統(tǒng)的性能，當(dāng)處理器的功能是夠強(qiáng)大時，單片機(jī)外圍電路以及軟件的設(shè)計會變得更加簡便，這樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性也越好。

在傳統(tǒng)的以單片機(jī)為控制器的系統(tǒng)中，傳感；器檢測到信號后，經(jīng)過多路開關(guān)和采樣保持器，最后用A/D轉(zhuǎn)換器模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)邏輯計算、判斷、處理后，控制器對其它部分發(fā)出指令，該數(shù)字形式的控制量同樣經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬信號后傳遞給保持器，再發(fā)送給各個執(zhí)行器件，一般主控單元電路中還附帶有簡單的數(shù)據(jù)顯示和報警功能的模塊。

3.2 現(xiàn)場總線控制模塊

現(xiàn)場總線主要是進(jìn)行分布式控制，它主要運(yùn)用在生產(chǎn)車間和各種電子設(shè)備之間，采用多節(jié)點(diǎn)串行數(shù)字化通訊系統(tǒng)，是以全數(shù)字化、開放式、多節(jié)點(diǎn)間通信為特點(diǎn)的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它結(jié)合了當(dāng)今三大高科技技術(shù)：現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)。自從上世紀(jì)80年代以來，CAN逐步在加工制造業(yè)、交通管理、大型機(jī)械、汽車等擁有自動化控制系統(tǒng)中廣泛的運(yùn)用。在眾多總線類型中，CAN （C ontolerA reaNetw ork）總線在局城網(wǎng)重工控制性能最好，協(xié)議最為規(guī)范，設(shè)計獨(dú)特，受到越來越多的關(guān)注，已經(jīng)被規(guī)定為國際上總線的標(biāo)準(zhǔn)，被公認(rèn)為運(yùn)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

1）現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)場總線突破了傳統(tǒng)的控制模式，以集散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都是一對一進(jìn)行連接，每一個控制點(diǎn)都必須要與主控器對接，現(xiàn)場的傳感器、控制器、測量變送器、開關(guān)、執(zhí)行器都需要與控制室的主控器進(jìn)行單獨(dú)連接?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不拘于傳統(tǒng)的控制模式，設(shè)立了下位機(jī)，把控制室中的控制模塊以及輸入輸出模塊下放到現(xiàn)場，便于現(xiàn)場測量變送裝置更直接的與執(zhí)行模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使控制功能在現(xiàn)場完成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分布式。

2）現(xiàn)場總線方式的優(yōu)勢

（1）設(shè)備維護(hù)簡便：在現(xiàn)場出現(xiàn)故障時，現(xiàn)場控制設(shè)備對故障具有處理和診斷能力，同時控制室也會收到診斷結(jié)果及信息。維護(hù)人員可以通過這些信息了解設(shè)備運(yùn)行的情況以及故障診斷的信息，以便對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，更快的排除故障，提高了成產(chǎn)效率，最主要是大大減少了維護(hù)人員對設(shè)備檢修時的工作量。

（2）結(jié)構(gòu)簡便，節(jié)省空間：很多生產(chǎn)車間的流水線，其周圍都分布著很多相關(guān)的輔助設(shè)備，走線更是凌亂無章，數(shù)量繁多，這就大大的占用了車間有限的空間，而運(yùn)用了分布式控制后，總線的出現(xiàn)就很好的解決了這些問題，使輔助設(shè)備大大減少，最關(guān)鍵的是連線更簡便，節(jié)省空間，便于維護(hù)。

（3）節(jié)約成本：一般的生產(chǎn)線距離都比較長，分布廣，傳統(tǒng)控制模式需要大量的連線將控制接口與執(zhí)行設(shè)備一一連接?，F(xiàn)在有了現(xiàn)場總線系統(tǒng)連線變得更加簡單，一條連線上可接多個設(shè)備，節(jié)省了電纜線和端口設(shè)備的數(shù)量，當(dāng)需要擴(kuò)展或者對流水線進(jìn)行改進(jìn)時，秩序從原來的連線上重新接一根控制線即可，而不需要重設(shè)端口和增加電子設(shè)備和電纜線，使生產(chǎn)變得更加靈活，壓低了成本和生產(chǎn)投入。

4結(jié)語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車的可靠性和駕駛舒適性等方面的要求變得越來越高，汽車電子智能化成為當(dāng)前人們廣受關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的通訊技術(shù)應(yīng)對當(dāng)前復(fù)雜的電子設(shè)備顯得力不從心。CAN總線作為一種對分布式控制和實(shí)時控制有效支持的技術(shù)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡便和通訊速度高等優(yōu)點(diǎn)受到人們高度重視。傳統(tǒng)的汽車儀表隨著總線技術(shù)的發(fā)展和汽車上電子設(shè)備的增加受到巨大的挑戰(zhàn)，因此隨之而來的是基于CAN總線的汽車智能儀表，基于CAN總線的汽車儀表顯示效果好，功能強(qiáng)大，對其研究與開發(fā)具有非常長遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盛吉照.無線電傳輸技術(shù)在汽車智能儀表設(shè)計應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016，第23期.

（作者單位：長城汽車股份有限公司-哈弗技術(shù)中心）

第一作者簡介：陳聰，男，漢，河北保定，本科，初級工程師，汽車電子電器開發(fā)。