朱瑩瑩

摘要：近年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和電子控制技術(shù)的不斷完善，各種功能的電子器件越來越復(fù)雜。目前，汽車儀表已經(jīng)由最初的基于機械作用力工作的機械式儀表發(fā)展到全數(shù)字形式。汽車組合儀表也變?yōu)檐囕v主要信息的顯示單元，駕駛員運用此平臺了解汽車各種狀況，也可以通過其直觀、實時、動態(tài)地掌握車輛的各項數(shù)據(jù)。由于汽車電子電器數(shù)量的急劇增多，汽車的相關(guān)連接導(dǎo)線的數(shù)量和車身的重量也有所增加，網(wǎng)絡(luò)和總線技術(shù)在此期間雖然有了很大的發(fā)展，但是還不能完全解決汽車電子系統(tǒng)的增加帶來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃?，車?nèi)線纜總長度太長導(dǎo)致車重增加的問題，當(dāng)今社會研究一種基于CAN總線的汽車儀表控制器是汽車發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：CAN總線；汽車儀表系統(tǒng)；設(shè)計與實現(xiàn)

一、CAN概述

CAN是近年來在汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種數(shù)據(jù)和控制通訊網(wǎng)絡(luò)，是韌性較強的一種電器規(guī)范與協(xié)議，CAN具有極高的可靠性與容錯能力，所以CAN是應(yīng)用于轎車或卡車中，用以應(yīng)對危險與無法預(yù)測的惡劣環(huán)境中。

CAN最初是由RB公司于1986年的2月在公司年會上提出的，1987年首個CAN控制器開發(fā)成功，Philips半導(dǎo)體隨后也推出了82C200。由于這兩款產(chǎn)品的推出和不斷發(fā)展，CAN兩大陣營就此形成。這兩種CAN控制器主要在斑紋過濾及控制上有所差異。

CAN網(wǎng)絡(luò)是新一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，特點是其架構(gòu)開放和其廣播形式。它屬于現(xiàn)場總線技術(shù)，是其中的一種，CAN網(wǎng)絡(luò)被稱為控制器局域網(wǎng)的現(xiàn)場總線，在國際上得到了最廣泛的應(yīng)用。CAN最初是應(yīng)用于汽車的內(nèi)部測量與汽車執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信。比如汽車的剎車、安全氣囊以及汽車的防抱死系統(tǒng)等。但伴隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種汽車電子控制單元數(shù)目的持續(xù)增加，連接導(dǎo)線也明顯增加，因此提高控制單元之間通訊的可靠性與降低導(dǎo)線的生產(chǎn)成本已經(jīng)成為目前急需解決的大問題。

二、基于CAN總線的新型汽車儀表系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 儀表整體設(shè)計

汽車儀表系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、處理以及顯示3個模塊組成。采集來自汽車傳感器的車速、轉(zhuǎn)速、水溫和機油壓力信號，測量結(jié)果經(jīng)過單片機送入步進(jìn)電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動步進(jìn)電機，分別顯示車速、轉(zhuǎn)速、水溫和機油壓力，通過單片機計算汽車的行駛里程，并送入液晶顯示模塊顯示。儀表主要包括以下部分：用于車輛信息指示的發(fā)光管指示單元、用于車輛信息指示的液晶屏、用于指示車輛當(dāng)前狀態(tài)的各指示儀表、電壓模擬量接口、頻率模擬量接口、CAN總線接口和人機交互按鍵。根據(jù)對汽車儀表的整體分析，儀表顯示是以黑色作為背景色的，對比度高，使各個儀表的顯示較為突出，也避免駕駛員的視覺疲勞。汽車儀表盤由3個分表盤組成，左分表盤顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油量等數(shù)據(jù)，右分表盤顯示車速、油壓等數(shù)據(jù)，中分表盤用于放置LCD顯示屏以及各種指示燈。

2.2 硬件選擇

儀表采用Luminary公司的LM3S2948處理器。處理器內(nèi)置CAN模塊方便了CAN總線數(shù)據(jù)的傳輸，同時使儀表的通信容易實現(xiàn)，提高了可靠性。該處理器具有很大的擴展空間，在后續(xù)開發(fā)中潛力巨大。美觀炫麗的用戶圖形界面，需要選擇圖形處理能力較強的處理芯片，因此選擇S3C6410處理器。由于LM3S2948內(nèi)置CAN控制器模塊，所以只需外接一個CAN收發(fā)器即可接收總線數(shù)據(jù)。PC-CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡，它適合CAN-bus的小流量數(shù)據(jù)傳輸用，最高可達(dá)500幀/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供廣泛和強大的軟件支持。支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)選用的是微型步進(jìn)電機M-SX15.168，是為汽車儀表指示和其它指示設(shè)備設(shè)計的大轉(zhuǎn)矩、低功耗、精密的步進(jìn)電機。步進(jìn)電機需要兩路邏輯脈沖信號驅(qū)動，可工作在5～10V的脈沖下，最大驅(qū)動頻率為1100Hz。

2.3 軟件設(shè)計

（1）脈沖信號采集

對采集車速和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速脈沖的測量，直接用STC12C5A60AD的外部中斷引腳INT0/INT1對車速和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行測量。因為兩個脈沖之間的時間就是車輪轉(zhuǎn)一周所花的時間，所以將兩個脈沖之間的時間計算出來就可以得到速度了。同時程序還要比較相鄰兩次的速度變化值，若太大，還通過郵箱向USB記錄任務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使汽車能在速度驟然變化的情況下記錄車況。

（2）模擬信號采集

STC12C5A60AD的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC是10位轉(zhuǎn)換精度，有8個模擬輸入通道。這里選用8個通道自動排序。對模擬量在一次自動排序周期中分別采樣8次，在軟件中即可以在一次A/D轉(zhuǎn)換中得到同一個參數(shù)的8個值，求出其均值，這樣就可以進(jìn)一步消除干擾信號。當(dāng)8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)完成一個循環(huán)采樣后，它即會給儀表顯示模塊發(fā)送一個消息，把相應(yīng)的所采集的數(shù)據(jù)傳送給儀表顯示任務(wù)中相應(yīng)的程序段。此時8路A/D循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)掛起，由另外一個CAN節(jié)點采集其他模擬信號量。

三、汽車儀表主要的發(fā)展方向

3.1 未來的汽車將會向電子儀表化發(fā)展

傳統(tǒng)的車用儀表是為駕駛員提供汽車運行中的一小部分必要地數(shù)據(jù)信息的機電式模擬電子儀表，如今該種儀表已不能滿足現(xiàn)代汽車高速發(fā)展的需求。如今的汽車儀表要求通過對汽車的各個部件的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和微處理機的配套，進(jìn)而達(dá)到控制汽車各部件運行狀況監(jiān)控的目的。汽車儀表由于受到現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的推動，精確度高的、靈敏度高的、讀數(shù)直觀的多功能電子數(shù)字顯示及圖像顯示的電子儀表已在汽車上得到了不斷應(yīng)用。

3.2 未來汽車儀表的功能將會逐漸拓寬

傳統(tǒng)的汽車儀表的功能相當(dāng)局限，未來的汽車儀表功能將不會局限于汽車的車速、耗油量、方向等的指示等一些簡單功能，可能會增加如帶有ECU的汽車儀表智能化裝置：汽車輪胎氣壓、汽車的安全氣囊、安全帶等，未來的汽車儀表將不會是簡單的數(shù)據(jù)信號傳輸，而是將這些信息提供給ECU讀取，并通過ECU準(zhǔn)確綜合地對這些裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，并給予駕駛員一定的警告提醒，以便駕駛?cè)藛T及時進(jìn)行處理。

四、結(jié)語

CAN總線實質(zhì)上是一種針對汽車和某些工業(yè)控制中信息量相對較少的優(yōu)化設(shè)計的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它具有高效、實用和可靠的優(yōu)良特性，現(xiàn)正在汽車上得到越來越多的應(yīng)用。同時CAN總線具有一定的保密性，使已設(shè)計好的CAN相關(guān)汽車零部件極難偽造和仿制，但若重新設(shè)計CAN應(yīng)用工程系統(tǒng)并不困難。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹夢舒，馮常.一種基于CAN總線的汽車儀表顯示設(shè)計[J].機械，2015，12：32-35.

[2]盧嘉偉.對汽車儀表CAN總線的研究[J].黑龍江科技信息，2015，26：71.

[3]錢云濤，鄒繼軍，王進(jìn)宏，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN原理及應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2017（11）：88-89.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）