舒文俊

摘 要：現(xiàn)代的液晶儀表開發(fā)技術(shù)還存在著許多問題，因此本文主要設(shè)計(jì)開發(fā)了一種以ARM為基礎(chǔ)的電動(dòng)汽車儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)主要是采用模塊化設(shè)計(jì)了三個(gè)模塊（信號(hào)采集、處理以及數(shù)據(jù)顯示）。采用分層式的軟件結(jié)構(gòu)以及以優(yōu)先級(jí)調(diào)度為基礎(chǔ)的方式對(duì)整個(gè)電動(dòng)汽車儀表的運(yùn)行秩序進(jìn)行調(diào)整，能讓邏輯更加簡(jiǎn)單，也讓系統(tǒng)的可靠性不斷提高。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，使用了多種抗干擾措施，幫助系統(tǒng)的電磁兼容性有效增強(qiáng)，根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠?qū)㈦妱?dòng)汽車的參數(shù)準(zhǔn)確顯示出來，符合相關(guān)的使用要求。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車儀表;關(guān)鍵技術(shù);運(yùn)用與研究

目前在汽車業(yè)界中，分別制定了燃油車禁售的預(yù)案，推動(dòng)了電動(dòng)汽車行業(yè)的高速發(fā)展，隨著電動(dòng)汽車到達(dá)了一個(gè)新的發(fā)展高度，不斷涌入的電子器件信息讓傳統(tǒng)燃油汽車儀表不能再滿足現(xiàn)代電動(dòng)汽車的顯示需求。電動(dòng)汽車儀表與傳統(tǒng)的燃油汽車儀表相比，不僅可以顯示出行駛的里程、時(shí)間、車速等，還可以顯示出制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊等的工作狀況信息和電池信息。整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)相對(duì)比較復(fù)雜，所以其顯示的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)燃油汽車儀表。因此對(duì)電動(dòng)汽車儀表關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更加分析與研究，能夠不斷加強(qiáng)該技術(shù)的精準(zhǔn)程度，加強(qiáng)電磁兼容的能力。

1 電動(dòng)汽車儀表系統(tǒng)相關(guān)原理

以儀表設(shè)計(jì)原則為基礎(chǔ)，可以將電動(dòng)汽車儀表分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示三個(gè)模塊，電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)的燃油車相比，電動(dòng)汽車最大的優(yōu)點(diǎn)就是擁有動(dòng)力的蓄電池組以及其他的控制部件，汽車儀表硬件的總體框圖如下所示：

與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電動(dòng)汽車擁有特別的電池傳感器，其運(yùn)行的溫度一般在-40℃-+150℃之間，由于在現(xiàn)代社會(huì)中涌入了大量的信息量，因此對(duì)CPU負(fù)荷能力的要求不斷增高，電動(dòng)汽車儀表顯示的數(shù)據(jù)也更加復(fù)雜，所以界面顯示會(huì)增加充電界面狀態(tài)，而充電界面的充電信息包括電磁電量、充電剩余的時(shí)間以及充電模式等。

2 電動(dòng)汽車儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)硬件電路

CPU功率轉(zhuǎn)換電路和DDR電路是電動(dòng)汽車儀表的核心板，而電動(dòng)汽車儀表的底板主要由信號(hào)采集電路等組成。經(jīng)過相關(guān)的運(yùn)算和處理之后，對(duì)用戶界面應(yīng)用程序中的圖形文字進(jìn)行屬性的綁定，通過LCD液晶屏進(jìn)入電機(jī)，從而能夠?qū)⑵囘\(yùn)行的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來，讓數(shù)據(jù)處理的顯示過程更加完整。

硬件電路設(shè)計(jì)主要包括電源電壓轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)采集電路。其中設(shè)計(jì)電源電壓轉(zhuǎn)換電路主要是因?yàn)樵谄噧x表中，如果要想正常運(yùn)行，就必須要有穩(wěn)定的電源，電源不僅能夠?yàn)閮x表提供一定的電壓，也能夠讓儀表工作的環(huán)境更加良好，將波動(dòng)的幅度進(jìn)行抑制，能夠讓汽車儀表準(zhǔn)確性的作用體現(xiàn)出來，儀表電源輸入一般時(shí)車載電源的12V，由于在汽車上有點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等開關(guān)負(fù)載，電壓值會(huì)受到多種因素的影響出現(xiàn)波動(dòng)情況，比如電壓跌落、脈沖群等，因此在轉(zhuǎn)換電源電路之前，需要加入一定的抗干擾電路。

從上圖可以看出，汽車電子儀表當(dāng)中的車載電源為12V，為汽車提供電能包括汽車的蓄電池以及發(fā)電機(jī)，當(dāng)汽車沒有發(fā)動(dòng)時(shí)，車載電源主要是由蓄電池進(jìn)行供電，而當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，是由發(fā)電機(jī)和蓄電池共同進(jìn)行供給。IGN的點(diǎn)火操作容易產(chǎn)生浪涌、電壓跌落等一些干擾的波動(dòng)，所以需要在增設(shè)相關(guān)的抗電磁干擾電路。

信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)主要是對(duì)汽車儀表的信息進(jìn)行采集。整個(gè)過程需要不同的傳感器。采集的信息包括汽車開關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)，信號(hào)采集電路的組成包括傳感器和調(diào)制電路，所用傳感器包括速度傳感器和脈沖信號(hào)，旋轉(zhuǎn)傳感器主要用于檢測(cè)和測(cè)量車輛的行駛速度和軸承的轉(zhuǎn)速。在模擬量信號(hào)中主要是通過AD對(duì)電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化成微處理器所需要的數(shù)字信號(hào)，而脈沖信號(hào)可以直接有MCU中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行處理工作。

設(shè)計(jì)EMC抗干擾：在電動(dòng)汽車儀表中，電源部分是儀表的主要干擾源之一，在電源的接口使用防護(hù)進(jìn)行濾波，用磁珠濾波電源輸出的部分可以使開關(guān)電源的噪聲對(duì)整個(gè)單板的電源造成影響的情況有效減少。使用DC對(duì)電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，容易產(chǎn)生一定的輻射和傳導(dǎo)干擾，所以在轉(zhuǎn)換電源芯片的輸入輸出端時(shí)，通過并聯(lián)電容器和去耦電容器，再將并聯(lián)電容器置于車輛電源的輸入端。

2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主要是使用分層式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分開程序中的驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層，從而讓整個(gè)程序更加簡(jiǎn)潔，而且使用模塊化的設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的抗干擾功能有效增強(qiáng)。在電儀表中接入蓄電池BAT的長(zhǎng)電之后，讓系統(tǒng)運(yùn)行，保證外設(shè)初始化，最終進(jìn)入主循環(huán)，其主要的程序邏輯框如下所示：

在主程序中，通過選擇所選的狀態(tài)變量對(duì)模塊進(jìn)行初始化，使其通過循環(huán)進(jìn)入各個(gè)模塊，可采用中斷法對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。在當(dāng)前使用的仲裁機(jī)制中，一般是將固定優(yōu)先級(jí)作為主要內(nèi)容，總線在接受各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電平時(shí)，節(jié)點(diǎn)也會(huì)讀取總線的電平并進(jìn)行一定的比較，如果兩者電平相同，則可以進(jìn)入到下一程序當(dāng)中，而兩者不同，則就會(huì)退出競(jìng)爭(zhēng)程序，整個(gè)競(jìng)爭(zhēng)程序剩余一個(gè)節(jié)點(diǎn)就算全部完成，最終固定的優(yōu)先級(jí)則會(huì)獲取對(duì)總線的控制權(quán)。下圖標(biāo)示了仲裁過程：

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在本文中處理芯片的型號(hào)為STM32F103C8T6，以該處理芯片為核心搭建出CAN的總線測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)際使用過程中，主要采用CANkasver對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并回放，從而讓實(shí)車環(huán)境實(shí)現(xiàn)模擬。通過實(shí)驗(yàn)可以了解到，再將設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車儀表系統(tǒng)進(jìn)行兩天測(cè)試實(shí)驗(yàn)之后，在運(yùn)行狀態(tài)下，CAN總線儀表檢測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)接收電動(dòng)機(jī)傳出的報(bào)文信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行更深的驗(yàn)證，可以了解到更加準(zhǔn)確的車速、里程等信息，并且最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，整個(gè)儀表顯示的車速的誤差沒有大于相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而且其車速的脈沖也與設(shè)計(jì)要求相符，具有較高的顯示精度，保證了電動(dòng)汽車儀表系統(tǒng)的正確性。下表體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)所用的指示數(shù)據(jù)：

4 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)正在不斷進(jìn)步與發(fā)展，電動(dòng)汽車儀表的關(guān)鍵技術(shù)水平也得到了較大的提升。充分利用總線沖突仲裁機(jī)制，能讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性有效增強(qiáng)，而且通過改進(jìn)系統(tǒng)的電路能夠?qū)⑵噧x表的抗干擾能力有效提高，整個(gè)PCB的布局更加簡(jiǎn)潔，控制系統(tǒng)的維護(hù)和更新也更加簡(jiǎn)便，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾勇，麻友良，陳典.電動(dòng)汽車儀表關(guān)鍵技術(shù)分析與研究[J].電測(cè)與儀表，2019，56（02）：139-144.

[2]葛蓓.電動(dòng)汽車平板式電子儀表盤仿真設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2010.