CAN在汽車數字儀表中的應用探討

周清清

摘 要：根據計算機網絡技術在汽車應用中的發展趨勢，以汽車數字儀表為對象，設計了以總線網絡技術為數據傳輸框架的儀器系統。通過建立CAN總線智能節點，顯示終端設置儀器系統，驅動電路的設計和軟件平臺和多任務調度的數字儀器建立的實時操作系統，顯示系統的獨特設計，最后實現了應有的功能。

關鍵詞：CAN 總線技術 數字儀表 結構

中圖分類號：U463.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（a）-0004-02

經過100年的發展，現代汽車已從純機械化的起步成為微電子、控制、信息、材料等高科技技術、智能應用平臺的整合。為了滿足人們對汽車的安全性和舒適性需求以及國家對能源及環境的改善，節能減排和環境保護等方面的功能需求不斷提高，大量的計算機網絡、通信控制等科學技術成果已應用于汽車工業、自動控制功能集成，向著網絡化與智能化的方向發展。汽車儀表是現代汽車集存儲、分析、識別、控制功能、顯示和控制等功能的關鍵部件之一。其能夠體現汽車的各類型參數，保證輔助行車的安全。相對比現代類型的汽車所顯示信息的內容時，高精度電子化設備，傳統設備轉換為數字設備已成必然。與ECU傳感器有效的各部分之間形成一種可靠的數據形式，該文提出了一種網絡技術集成的微處理器，建立數字信息交換的平臺是基于CAN總線網絡，通過ECU系統的數據交換，降低了能源的消耗，優化了汽車儀表的安全，實現了汽車的可靠性與舒適性，提高了通用性的設備產品，使得產品更加的向著標準化與系列化邁進。

1 數字儀表體系總體結構的設計

1.1 體系主要功能的分析

通過查閱相關資料，確定了數字儀表系統的主要功能，如下：繼承和提高了模擬功能速度、里程、燃料的形式，一個數字信號、溫度等參數的實時采集、傳輸、處理和顯示。車輛運行和ECU工作的實時監控，如標志、聲音異常，以及其他形式的報警燈面板，可以使系統實現自我急救保護。個性化設置，用戶可以選擇與搭配，充分顯示了具有設置風格的儀器，儀表盤的控制面板的顏色所顯示的內容、大小、瀏覽器與位置的關系、圖片的切換更具有人性化。在儀表上擴展日歷、倒車雷達顯示、行車記錄儀、GPS導航與WiFi等等軟硬件的功能。此外，模塊化設計方便配置其他車輛供用戶進行選擇。在體系的整體結構上，滿足了模塊系統設計規范化與標準化的要求，嵌入式的實時操作具有控制與協調體系數據采集、數字傳輸、處理與存儲、顯示和儲備的優點。

1.2 體系總體結構的方案

根據儀表的功能要求和系統設計要求，該文采用CAN總線通信技術和TFT-LCD技術，采用ARM處理器和嵌入式實時操作系統平臺確定系統方案的整體結構。

2 CAN 通信模塊接口設計

CAN總線網絡結構在該文中，一個節點可以視為一個數字儀表，所以這是一個CAN總線通信的模塊需要有控制器和收發器，平衡邏輯電平轉換的差異，能夠完成發送和接收數據節點的內容。該文分析了可以收發器和兩個接口之間的接口設計。

2.1 CAN 控制器的基本結構

因為LPC2478協議控制器是嵌入式主控制器，數據鏈路層的協議和物理層的功能不需要獨立連接。

2.2 CAN 收發器的基本結構

本文選用TJA1040收發器作為CAN控制器和總線接口，實現兩發在總線引腳保護汽車瞬態環境之間的差異，支持3.3 V和5 V的電壓，可以連接到至少110個節點。

2.3 數字儀表體系的RTOS 平臺

數字儀表系統采用嵌入式實時操作系統（RTOS）平臺進行多任務和時間管理。為了提高系統的實時性和效率。在μC/OS-II實時操作系統，免費開源代碼，操作方便，對硬件要求低的優點，已被選定為開發平臺。內核μC/OS-II需要運行在LPC2478中并實現其功能，本部分的重點是結合了有限的空間，在這里留下了μC/OS-II LPC2478移植過程，μC/OS-II任務設計是整個系統設計中的應用的一個基本組成部分。

3 體系的軟件設計

3.1 體系任務的分析

該文研究總線車載數字表顯示了體系的驅動狀態參數：燃油、速度、水和路程。顯示了需要報警的信號：安全帶、輪胎壓力、電池、門開關、潤滑油、制動器與轉向器等。根據所顯示的信息比要求，相應的工作分為：發送、液晶顯示、按鍵掃描、可總線接收與報警等。每個任務同步和數據通信是通過信號量之間的協調，實現了優先級與消息的呈現。

3.2 任務的優先級設置

不同的信號顯示，不同優先級的任務可以顯示不同數值。依據良好的工作秩序安排儀器設備，確定本文工作的優先級：優先啟動系統；LCD顯示報警，設置為最高優先級；CAN總線接收數據設置優先級液晶屏實時動態信息顯示應可以優先保留；液晶儀表顯示設置，將數據發送到CAN總線的優先級；暫時設定優先級；設定的掃描按鈕為優先級最低，每個任務通信的整體之間的關系可以優先設置。

4 數字儀表體系

LCD圖形的接口實現了系統與用戶功能的交互，使最后的鏈接布局和展示圖形功能的實現主要是通過調用GUI函數寫一系列的圖形繪制功能。分析方法在這上面提到的任務1，儀表板的速度，燃料，冷卻液，根據實時監測數據的傳感器節點顯示，并根據里程計算數據值。通過編寫和使用功能任務1信息顯示和報警指示結果，儀表板采取高對比度的顏色為背景，設置警報信號顯示了儀表盤頂部的區域，依據實際里程的特殊情況來報警。相應的速度、燃料和水溫參數都顯示在一個圓形指針式。桌子上的明亮的黃色表盤輪廓在正確的安排，當燃料<1/10，規模變為紅色，并顯示旁邊的“低燃料！”；與明亮的綠色表盤右下輪廓區域布局，在>3/4度的水表面溫度變成紅色，并顯示“水溫度太高！”；在兩位數分別記錄了總里程與即時里程；底部數字顯示了時間。

5 結語

該文以汽車數字儀表體系為研究的主要對象，實時操作了該體系平臺，詳細介紹了CAN網絡通信技術傳輸的數據，實現了對液晶屏顯示該車輛信息的功能化，開發成套的汽車數字智能儀器體系的原型。該文只是簡單從理論的角度來考慮，探討了嵌入式車載數字儀表體系的應用，完成了體系的硬件和軟件設計，從實用性和產品的端到端有了相當大的差距，還需要不斷的探索和研究。

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