汽車儀表的基本結(jié)構(gòu)和功能

汽車上較常用的有四種指示儀表绑咱，即車速里程表爵嗅、發(fā)動機水溫表趋艘、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表疲恢、燃油表等。分別顯示汽車行駛速度瓷胧、單里程和總里程數(shù)显拳、發(fā)動機冷卻液溫度、汽車行駛時發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度及汽車油箱內(nèi)的油量搓萧。在汽車儀表板上往往還同時裝有十幾種之多的指示和報警訊號燈杂数，如左右轉(zhuǎn)向信號、剎車信號瘸洛、遠光信號揍移、ABS、電池充電反肋、電池壽命報警那伐、油壓報警、油量報警石蔗、水溫報警等等披滑，這些指示燈在不同的儀表板中有所不同，通常用LED顯示轮拼。

汽車儀表是人和汽車的交互界面羹卷，為駕駛員提供所需的汽車運行參數(shù)、故障才延、里程等信息淀胞，是每一輛汽車必不可少的部件。它經(jīng)歷了機械式搞督、電氣式专散、模擬電路電子式的發(fā)展過程，隨著汽車電子的網(wǎng)絡(luò)化，CAN總線技術(shù)在汽車領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用喉隙，因此叶皿，CAN總線、嵌入式就成為了汽車儀表未來發(fā)展的必然趨勢畏帖。

CAN總線的優(yōu)點及其在汽車領(lǐng)域的應用

控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）是德國Bosch公司從20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議拢掷。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線曹动、同軸電纜或光導纖維斋日。在自動化電子領(lǐng)域的汽車發(fā)動機控制部件、傳感器墓陈、抗滑系統(tǒng)等應用中恶守，總線的位速率最大可達1Mbit/s。CAN網(wǎng)絡(luò)正在不斷地應用在汽車電子的各個方面贡必。CAN總線具有下列主要特征：（1）多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問兔港；（2）無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)競爭的總線仲裁；（3）借助接收濾波的多地址幀傳送仔拟；（4）遠程數(shù)據(jù)請求衫樊；（5）配置靈活性；（6）全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性利花；（7）錯誤檢測和出錯信令科侈；（8）發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā)送。

汽車儀表板軟硬件設(shè)計

結(jié)合汽車儀表的技術(shù)和性能指標炒事，以及簡化硬件電路的要求臀栈，選擇富士通公司的MB90F428芯片為微控制器進行汽車儀表的設(shè)計。MB90F428芯片是16 位單片機仁吟，內(nèi)部有CAN總線接口嘹征，FLASH ROM，主要應用于汽車與工業(yè)等拌微；其CAN 總線符合V2.0 Part A、Part B游推，能支持更靈活的信息緩沖處理殊储。支持高級語言，可擴展地址模式胳雁，有增強乘除指令瘤慕，增強位操作指令等； 微控制器有32 位累加器（長字處理）康逝；周邊資源有：8通道的8/10Bit A/D轉(zhuǎn)換器鹰柄，UART，擴展I/O串行接口，8/16Bit定時器擎融，I/O定時器（輸入捕獲衣右，輸出比較）、8路外部中斷彬祖、CANBUS接口茁瘦、 4路步進電機驅(qū)動模塊、LCD模塊（可驅(qū)動24 4 的筆段式液晶模塊）等储笑。 4路16位輸入捕捉通道可以捕捉汽車車速傳感器和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸入的脈沖信號甜熔，A/D轉(zhuǎn)換器可以用來轉(zhuǎn)換水溫、油量傳感器輸入的電壓信號突倍，I/O口則進行諸多信號指示燈的信號輸入腔稀，CAN接口主要和CAN總線收發(fā)器PCA82C250芯片收發(fā)CAN信號，步進電機驅(qū)動模塊和LCD顯示模塊用于驅(qū)動儀表盤上的4個步進電機指示羽历、里程時間的顯示焊虏。這種片上自帶驅(qū)動模塊的設(shè)計方法，提高了系統(tǒng)的可靠性窄陡，降低了成本炕淮。

本設(shè)計主要分兩大模塊：檢測電路控制模塊和儀表驅(qū)動模塊，如圖1所示跳夭。檢測電路模塊主要由輸入信號采集涂圆、信號處理、以及信號轉(zhuǎn)換電路組成湃儒。首先还纤，汽車狀況通過相應的傳感器檢測，轉(zhuǎn)換為電壓氯摆、脈沖信號埠邻，進行濾波放大，然后再輸入MB90F428芯片進行內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字處理峡冻，獲得所需要的數(shù)字量信號苞惰，并實時地將所處理好的數(shù)字量送到CAN總線。

儀表驅(qū)動模塊主要由信號接收最奸、存儲數(shù)據(jù)咕诊、以及設(shè)備驅(qū)動電路等組成。當驅(qū)動板接收到CAN信號拜殊，將通過MB90428芯片進行數(shù)據(jù)處理焚卖，來驅(qū)動步進電機、LCD匿党、LED等晰绎。點火開關(guān)打開時寓落，儀表監(jiān)測到這一信號后，首先對自身進行檢測（此過程中診斷指示燈常亮）荞下，并由FLASH RAM里記錄的歷史工況確定當前的儀表是否需要修正伶选，經(jīng)過幾道程序?qū)x表初始化。自檢程序通過之后锄弱，儀表開始由非工作狀態(tài)進入工作狀態(tài)考蕾，將對車速、轉(zhuǎn)速会宪、水溫肖卧、油量等信號進行相應的處理，并通過指針和指示燈將當前工況表現(xiàn)出來掸鹅。

儀表板硬件設(shè)計電源電路

汽車蓄電池提供12V左右的電源塞帐，而該儀表板需要兩路電源：+5V和+12電源。5V電源用于給MB90F428巍沙、CAN接口芯片（PCA82C250）和EEPROM等供電葵姥，12V電源給LED、蜂鳴器等供電句携∠咨幔考慮到成本和易購性，我們選用7805芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片宴亦。為了在掉電的時候可以及時地保存里程數(shù)據(jù)苟及，在電源地輸入端加一個1000 F的電解電容，當電源斷開的時候啥闪，大電容可以維持單片機電源足夠長的時間夷钥，使得單片機可以完成外部中斷的服務(wù)程序。如圖 2 所示曙悠。

調(diào)理電路

汽車車速傳感器和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器通常采用霍爾器件婿残。當車輪開始旋轉(zhuǎn)時，霍爾效應傳感器開始產(chǎn)生一連串脈沖信號烘韩，脈沖的個數(shù)將隨著車速增加而增加襟腹，但位置的占空比在任何速度下保持恒定不變。為了改善波形室用，在輸入捕獲定時器管腳外添加調(diào)理電路蜀骗，對脈沖信號進行整形放大，這里我們通過RC濾波和三級管放大的方法處理凹蜈。如圖3、圖4所示忍啸。

我們選用CAN收發(fā)器PCA82C250芯片進行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收仰坦，它最初就是為汽車高速通信（最高達1Mbps）應用設(shè)計的履植，該器件可以提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力，它與ISO/DIS11898標準完全兼容悄晃，CANH和CANL雙線也防止在汽車環(huán)境下可能發(fā)生的電氣瞬變現(xiàn)象玫霎。由于汽車經(jīng)常在惡劣的環(huán)境下工作，因此對收發(fā)器進行一定的抗干擾處理妈橄，這里選用光電耦合器（6N137芯片）庶近，如圖 5 所示。

其他電路

除了以上這些電路以外眷蚓，本次硬件設(shè)計還包括EEPROM電路鼻种、LED驅(qū)動電路、LCD顯示電路沙热、步進電機電路叉钥，由于MB90F428芯片是專為汽車設(shè)計的芯片，片上自帶了大部分驅(qū)動篙贸，因此簡化了硬件驅(qū)動電路的設(shè)計码累，節(jié)約了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性踏蚓。

儀表板軟件設(shè)計

圖6 所示為儀表板主程序的軟件流程圖激撮，程序由點火信號控制，當點火開關(guān)打開時惫投，儀表板進入主程序循環(huán)泉惋。整個系統(tǒng)軟件由主程序、數(shù)據(jù)采集子程序旋蝎、AD轉(zhuǎn)換子程序冶习、數(shù)據(jù)處理子程序、CAN通訊子程序孕序、LCD/LED顯示子程序琐幔、步進電機工作子程序等組成。

結(jié)論

隨著汽車電氣系統(tǒng)的總線化递市，高集成为稽、嵌入式、總線化是汽車儀表發(fā)展的必然趨勢唁情。本文提出了一種總線思想的汽車儀表設(shè)計疑苔，包括了信號采集處理部分和驅(qū)動顯示部分。從總體及軟硬件方面詳細介紹了帶有CAN通訊的嵌入式汽車儀表的設(shè)計甸鸟，該方案已經(jīng)經(jīng)過了工程調(diào)試惦费，各方面性能良好，儀表的精度和反應速度以及抗干擾方面均達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平抢韭。

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