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随着高性能电子显示技术的发展,汽车仪表电子化的程度慢慢的升高。国内外已开发出了多功能全电子显示仪表、平视显示仪表、汽车导航系统、行车记录仪等高技术产品。未来,车用电子化嵌入式仪表具有以下优点:提供大量复杂的信息,使汽车的电子控制程度慢慢的升高;满足小型、轻量化的要求,使有限的驾驶空间更人性化;高精度和高可靠性实现汽车仪表的电子化,降低了故障的发生率;设有在线故障诊断系统,一旦汽车出现故障,能够找到故障来源,方便维修;外形设计自由度高,汽车仪表盘造型美观。基于以上优点,汽车会慢慢的多地采用各种用途的电子化仪表。造型新颖、功能强大的嵌入式电子化仪表将是今后车用仪表的发展的新趋势和潮流。
本智能车载仪表拥有大多数传统车载仪表所拥有的功能,驾驶员能够最终靠车载仪表的显示界面获取当前汽车的状态信息,例如车速、油压、油温、水温、机油压力或者电瓶电量。
传统车辆仪表直接与车辆的传感器相连,仪表系统经由传感器的模拟量得到汽车当前状态,精确性不高。本文设计的智能车载仪表并不是简单地与传感器相连,而是通过CAN控制器将整车连接成一个网络结构。车辆部件配以CAN控制器,通过双绞线将车辆部件连接起来形成一个网络体系,实现部件的电子化。同时,车载仪表和汽车部件的电子化也提高了汽车的精准度和可靠性,降低故障发生率。
车载智能仪表大致上可以分为基于S3C2440处理器的硬件系统和WinCE环境下的软件系统两大部分。硬件系统为整个控制管理系统提供基础,负责CAN总线通信。软件系统提供CAN总线的硬件驱动以及在WinCE下的仪表上位应用程序。
硬件系统以S3C2440为核心,RAM内存、NOR Flash和NAND Flash作为存储介质,扩展部分外围设备以负责系统信息的输入与输出,如CAN总线通信单元、LCD显示、触摸屏、通用串行口、USB设备、以太网接口等。系统硬件结构如图1所示。
在众多接口中,CAN总线通信单元是在整车通信过程中的关键部分。在汽车的各个重要部件中,配置相应的CAN控制单元,由双绞线将各个CAN总线控制单元连接起来。汽车的各个部件将该部件的当前状态信息由CAN控制单元发送出去,经双绞线发送到智能车载仪表的CAN单元当中,经过系统的CAN接口将数据发送到系统中。车载仪表系统得到数据后,经过数据处理得到汽车部件的当前状态信息。
CAN总线所示。采用Microchip公司的CAN总线.OA/B技术规范,速度达到1Mbps;SPI的接口标准使得它与S3C2440的连接更简单;能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧;自带2个验收屏蔽寄存器和6个验收滤波寄存器,可以过滤掉不想要的报文,减少了微处理器的开销。CAN总线,该器件提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。
为了增强CAN总线节点的抗干扰的能力,提高系统的稳定性,在CAN控制器与CAN收发器之间加入了光耦隔离器6N137,而不是使TXCAN和RX-CAN端直接与收发器相连,这样就实现了总线上各CAN节点之间的电气隔离。同时,这也解决了MCP2515与TJA1050之间电平兼容的问题,还能抑制CAN网络中的尖峰脉冲及噪声干扰。光耦部分电路所采用的两个电源必须完全隔离,否则也就失去了意义。电源的隔离能够使用小功率的电源隔离模块或者多带5 V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性,但是却提高了节点的稳定性和安全性。
在CAN接口处,CAN通信线电阻(总计120 ),起到增大负载、减少回波反射作用,是一种阻抗匹配的补救措施。2个60 的中间部分与地端之间连接一个电容以抗干扰。
软件的整体环境为winCE编程环境。针对本车载智能仪表硬件系统定制相应的WinCE操作系统,实现对硬件的驱动。再编写应用程序,通过对应用程序的具体操作实现对系统硬件的操作,即实现系统的功能。其中最重要的是编写CAN控制器的驱动。CAN驱动实现应用软件对CAN控制单元的操作,以及读取CAN控制单元中的数据代码。