详解基于CAN总线的汽车仪表系统设计—硬件系统方案

3.1系统的设计原则

一个应用系统开发方案的好坏，和开发者对系统本身的了解程度有密切的关系，当还不完全了解系统需求的时候，就开始进行开发工作是盲目的和不切合实际的。当代汽车对工况信息的显示要求越来越高，要求汽车组合仪表提供信息量大，显示直观、清晰、稳定，而且要求响应速度快，显示精度高哪]。本课题根据汽车电气设备基本技术条件和汽车仪表基本技术条件，同时结合系统的设计思路和方案，提出了以下设计原则:
(l)作为驾驶员与车辆进行信息交流的界面要简洁和直接方便，使驾驶员在不需要分神的情况下能很方便地了解相关信息。
(2)系统必须能够及时准确地提供大量的信息，要求显示信息速度快，部分信号要求实时反映。
(3)必须满足汽车仪表的基本技术条件。在交通现状复杂的情况下，面对路途颠簸、冰雪、酷暑和高原，保证系统在环境变化方面有较高的可靠性和稳定性。
(4)在电子技术快速发展的时代，预留软硬件后续发展空间。防止系统在功能设计变化微小时，而对设计电路和程序做很大的修改与调整。
（5)系统要有良好的经济性与实用性，以市场需求作为产品开发的导向。界面要满足驾驶舒适性，设计的仪表板在车内部有美化作用。

3.2系统的功能需求分析

汽车组合仪表不作为信号的发生单元向外部发出信息，只根据人们对汽车仪表的信息显示的需求，将分布在汽车车身上的各部件信号传输到仪表上，实时反映汽车各部件当前的工作状态，使驾驶员能及时准确的了解汽车当前的状态，从而保证汽车可靠安全的行驶的重任。同时还作为中继站，将传感器直接传递过来的信息经过MCU通过CAN总线传递给其他电控单元。本仪表开发工作首先从外围功能需求分析入手，从而构架出系统功能结构图，再从功能结构图进行对功能模块的设计，根据功能模块选择合适的MCU和外围电子元器件，最后根据各电器元件特征进行程序软件的开发与调试。本课题所研究的汽车组合仪表主要实现的功能有:

注:在功能指示灯中，按照汽车操纵件信号装置的标志(GB4094一1999)划分为三种颜色，分别为绿色:正常运行指示;黄色:警告标志;红色:危险报警标志.

3.3系统技术方案

根据表3一l的功能设计分析，首先，仪表要作为CAN网络上的一个节点，接收来自CAN网络上发动机、变速箱、ABS等节点传输的信息，还要完成以下参数的采集工作任务 ，具体有:发动机转速与车速的脉冲信号，电压表、燃油表、轮胎气压的模拟信号(其中的水温表和机油压力表是发动机的ECU通过CAN总线传递信号)。同时单片机还要完成时钟显示和按键调节、仪表板背光亮度调节、当前里程清零等动能。部分状态指示灯的开关信号和传感器的信号在本仪表总成中并没有通过单片机来进行控制，而采用直接由外部电器开关和传感部件对其状态进行控制 。单片机对不同的信号对应有着各自的特征和处理要求，具体如表3一2所示:

根据表3-2中的信号分类，结合表3一1的功能需求分析及单片机本身的特性可将本仪表系统划分为以下的功能模块:

1、电源调节模块:仪表系统使用24V电系电源，允许电源的短期波动范围在12V~32V之间。各功能指示灯(LED)、LCD、蜂鸣器等需12V电源，MCU、EEPROM等需sv电源。电源电压调整模块保证各元器件的工作电压稳定，具体设计见4.1节。

2、CAN通信接口模块1201:实现CAN控制器的功能，支持CAN2.OA、B通信协议，通信速率为25OKb，能够接收多种标识符的CAN总线数据包，能在车辆内电磁干扰(EMC)的环境下可靠工作，能够通过编程测试CAN模块的正常使用。

3、脉冲信号调节模块与周D转换调节模块1211:转速与车速信号属于脉冲信号，由于车速〔或发动机转速)传感器输出的信号不是标准方波信号，而且往往还附加了许多的干扰信号，这就要对信号进行预处理，去除其中的干扰信号，并把信号过滤、整形为标准的方波信号输入给MCU。而燃油、电压、轮胎气压属于O一SV的标准模拟信号，车载电源电压为24V，通常情况下需要电阻对其进行分压后传送给MCU。

4、开关信号接口:直接由外部开关位置或传感器信号反应出汽车的工作状态，根据标志GB4094一1999的要求阵〕，汽车各部件的工作状态可分为3种颜色:红、黄、绿。当汽车对应部件出现信号时，即高亮显示提示驾驶员当前的操作和应注意的问题。

5、信息显示模块:包括步进电机驱动仪表信息和液晶屏显示信息。步进电机仪表指针的显示结构可以由液晶屏的显示功能来完成，会使整个仪表的结构更加紧凑，但指针模拟的指示结构更加直观与明确，己被广大驾驶员普遍接受并认同，在卡车、货车和公共汽车中一般使用仪表结构显示。液晶屏的