何全陸（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

基于CAN總線的汽車組合儀表研究①

何全陸
（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

以MC9S12DP512芯片為控制核心，設(shè)計了基于CAN總線的汽車組合儀表，通過CAN總線將車載信息構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，在以MC9S12DP512微處理器硬件的電路上，實現(xiàn)模塊化的軟件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，減少了車身的布線.

儀表；CAN總線；單片機(jī)

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對汽車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、安全性的要求越來越高.汽車儀表是車載信息的中心，是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的平臺，從儀表中能夠直接的獲取汽車在行駛過程中的各種工況參數(shù)，儀表質(zhì)量的好壞直接影響駕駛員看到的車載工況信息.汽車電子器件和汽車電子控制的目標(biāo)逐漸增多，導(dǎo)致汽車線束繁而多，各控制單元之間進(jìn)行信息的傳遞與交換也變的復(fù)雜.CAN（Controller Area Network）總線正式基于解決汽車中信息交換和多控制問題的，CAN總線是采用分布式控制和實時控制的技術(shù)，穩(wěn)定性好，可靠性高、速度快以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用到汽車上.

1　CAN總線概述

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)前國際上應(yīng)用比較廣泛的一種局域網(wǎng)，在汽車的應(yīng)用上，將各種傳感器采集的車載信息和控制器發(fā)出的信號經(jīng)CAN總線傳遞，以其高性能、實時性和可靠性被廣泛地應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，并受到人們的青睞.如圖1所示為帶有三個中央控制單元的CAN驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖.

CAN總線最初由德國Rober Bosch公司首次提出，屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，廣泛地被汽車廠商采用，與一般通信總線比具有以下主要特點：

1）實時控制同時支持分布式控制；

圖1　帶有三個中央控制單元的CAN驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖

圖2　電源轉(zhuǎn)換電路

2）不分主從，可以多主方式工作、通信靈活；

3）采用非破壞性的獨特的總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級別高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，有效避免數(shù)據(jù)傳送過程中發(fā)生沖突；

4）CAN總線采用全局廣播、一點對多點、點對點傳送數(shù)據(jù)功能.

2　電源模塊設(shè)計

由于汽車上的直流電源是汽車電瓶提供的+ 12V，而汽車組合儀表系統(tǒng)中的元器件需要+5V或3.3V的電源.汽車在運行時負(fù)載的變化比較大，電源電壓波動的范圍也比較大，所以需要將電瓶的+12V進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+5V和+3.3V，選用開關(guān)電源穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器LM2575（5.0）和LM2575（3.3）兩個型號，LM2575系列其可以驅(qū)動IA的負(fù)載；輸入電壓范圍大，在6V-4OV之間.如圖2所示為電源轉(zhuǎn)換電路.

圖3　汽車儀表的整體結(jié)構(gòu)框圖

圖4　轉(zhuǎn)速脈沖整形電路

3　汽車組合儀表設(shè)計

3.1CPU的選擇

由于汽車的運行條件并不是一成不變的，有時候行駛在惡劣的環(huán)境下，中央處理器要求具有較好的抗干擾性以及穩(wěn)定性，MC9S12DP512系列16位中央處理器為汽車專用芯片，片上高達(dá)512K字節(jié)的閃存，兩個異步串行通信接口（SCI），三個串行外設(shè)接口（SPI），IIC總線，增強(qiáng)型捕捉定時器（ECT），兩個8通道10位元類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC），一個8通道脈寬調(diào)制器（PWM），J1850接口和多達(dá)五個 CAN 2.0 A，B軟件兼容模塊（MSCAN12）.

圖5　系統(tǒng)主函數(shù)流程框圖

3.2儀表整體結(jié)構(gòu)

如圖3所示為該汽車儀表的整體結(jié)構(gòu)框圖，該汽車組合儀表系統(tǒng)主要由輸入部分、驅(qū)動部分、顯示部分和CAN總線接口電路組成.

輸入部分由車速輸入、轉(zhuǎn)速輸入、水溫輸入、油位輸入以及機(jī)油壓力輸入，車速表信號和轉(zhuǎn)速表信號是分別來自于車速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖信號，而水溫表、油位表和機(jī)油壓力表的信號是來自于電阻式的傳感器模擬信號；驅(qū)動部分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)用來驅(qū)動車速、轉(zhuǎn)速、水位、水溫、油位以及機(jī)油壓力表的指針；顯示部分為LED狀態(tài)指示燈、LCD顯示里程和報警電路，LED狀態(tài)指示燈指示汽車上的各種開關(guān)量信號，LCD顯示里程和小計里程，報警電路提醒汽車各種工況超出一定范圍時發(fā)出報警；CAN總線接口電路雙向地傳遞汽車各種信息給處理器MC9S12DP512，經(jīng)處理器分析處理后再通過CAN收發(fā)器傳到組合儀表上顯示出來.

3.3轉(zhuǎn)速表的設(shè)計

轉(zhuǎn)速表顯示發(fā)動機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)多少千轉(zhuǎn)，單位是1/min×1000.依據(jù)轉(zhuǎn)速表顯示的轉(zhuǎn)速，駕駛員能夠?qū)崟r知道汽車在不同工況下的運行情況，通過調(diào)節(jié)油門和變速檔位，使發(fā)動機(jī)工作在最佳狀態(tài).轉(zhuǎn)速表主要由傳感器、脈沖整形、MCU和步進(jìn)電機(jī)組成.轉(zhuǎn)速脈沖信號通過傳感器傳送到脈沖整形電路中，脈沖整形電路將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為電壓幅5V的脈沖信號，經(jīng)MC9S12DP512處理器處理，轉(zhuǎn)化為驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號.如圖4所示為轉(zhuǎn)速脈沖整形電路.

4　組合儀表軟件設(shè)計

軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，把系統(tǒng)劃分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、信號燈指示顯示模塊、CAN總線通信模塊、微處理器初始化模塊等.從主函數(shù)開始執(zhí)行，首先對微處理器初始化，對微處理器芯片MC9S12DP512的資源進(jìn)行配置，然后從總線上接收信息，根據(jù)接收到的信息不同，則調(diào)用對應(yīng)的模塊程序，MC9S12DP512單片機(jī)執(zhí)行對應(yīng)的子程序，將結(jié)果通過CAN總線傳送到組合儀表上并顯示出來.如圖5所示為系統(tǒng)主函數(shù)流程框圖.

5　小結(jié)

本文以MC9S12DP512單片機(jī)為控制核心，設(shè)計了基于CAN總線傳送信息的汽車組合儀表. CAN總線將車載信息構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，提高了信息傳遞的可靠性、實時性和抗干擾能力，同時減少了線束的繁瑣；在硬件的基礎(chǔ)上軟件編程實現(xiàn)多功能化，模塊化的設(shè)計，提高了軟件的靈活性，為汽車儀表的更新?lián)Q代提供了便利.

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Research on Automobile Combination Instrument Based on CAN Bus

HE Quan-lu
（Wuhu Institute of Technology，Wuhu 241000，Anhui）

In this paper，MC9S12DP512 chip was used as the control core to design an automotive instrument cluster based on CAN bus.A network of the vehicle information was formed via the CAN bus.The modular software was designed on the MC9S12DP512 microprocessor hardware circuit to improve the system reliability and anti-interference ability，and to reduce wiring body.

Instrument；CAN bus；Single Chip Microcomputer

TH862

A

1008-1402（2015）06-0896-03

2015-10-19

何全陸（1960-），男，安徽蕪湖人，副教授，高級專利工程師，從事知識產(chǎn)權(quán)和機(jī)械設(shè)計應(yīng)用研究.