汽車智能儀表設計及CAN總線技術應用

陳聰 王樂樂

摘要：在汽車的行駛中，傳統的汽車儀表只能為駕駛員提供比較少量的信息，在社會經濟科技的發展下，傳統的汽車儀表已經不能滿足人們對汽車信息化、智能化的發展要求。科技的發展使得汽車工業朝著精細化、信息化、智能化的發展。

關鍵詞：汽車智能儀表設計；CAN總線；技術應用

1 汽車智能儀表的功能分析

第一，應用智能車載數字儀表來對信息進行綜合展示，涉及到的信息包括發動機的轉動速度、車輛運行速度、燃油量等。第二，實現對汽車各部門零件運行狀態、車載設備的實時性檢測，在發現異常狀況的時候及時采取補救措施。第三，用戶可以根據自己的習慣來選擇適合自己的汽車智能儀表操作截面，實現汽車智能儀表的個性化應用。第四，汽車智能儀表系統具有外設和擴展兩個接口，能夠進行數據的下載，并結合數據的需求進行擴展，比如雷達、電子地圖等。按照汽車智能儀表功能特點，在操作的時候需要按照相應的原則進行，注重傳感器、總線傳輸、中央處理器、數據存儲的操作。

2 智能儀表系統總體框架結構

智能儀表系統總體框架結構如圖1所示：中央控制器硬件共分為10個模塊：（1）中央處理器M CU X2）電源模塊（B）CAN通訊模塊4）頻率量采集模塊（5）模擬量采集模塊（6）開關量采集模塊（7）時鐘模塊（8）外設接口擴展模塊（9）串口調試模塊（10Flash存儲模塊。

3 汽車智能儀表設計及CAN總線技術應用的系統硬件的分析

3.1 硬件總體方案的選擇

隨著科技的飛速發展和人民生活水平的逐步提高，人們對汽車性能的可靠性和駕駛舒適性的要求變得越來越高，為了滿足用戶的需求，越來越多的電子設備運用在汽車上。龐大的電子設備之間的信息交換，指令的傳遞，以及數據的采集處理和判斷都變得異常的復雜，隨之而來的車內空間的緊缺，眾多電子設備帶來的運行時故障率越來越高，維修的難度越來越大。為了能使信號在車內各個部分間傳遞，實現車內信息共享，對采集到的信息能夠及時的傳遞給處理器，并且能發出正確的指令，傳統控制器模塊和線束通訊模式已經遠遠不能滿足人們的需求，因此，高性能的處理器和CAN總線通訊應運而生。

本系統的中央處理器選用的是Motorol公司生產的MC9S12DG128這款16位的單片機。該處理器利用CAN總線通訊控制對各點的信息進行接收和發送。對接收到的數據進行格式轉換，然后進行分析和處理然后做出判斷，最后發出指令。在圖像顯示方面，完成對數據格式的轉換以及圖像的生成、處理和存儲，最終能綜合全面的在液晶顯示器上顯示車輛運行時的駕駛員所需要的各種車況信息。因此，對處理器的選擇至關重要，關系到車載電子系統的性能，當處理器的功能是夠強大時，單片機外圍電路以及軟件的設計會變得更加簡便，這樣系統的穩定性也越好。

在傳統的以單片機為控制器的系統中，傳感；器檢測到信號后，經過多路開關和采樣保持器，最后用A/D轉換器模塊將模擬信號轉換成數字信號傳遞給單片機，經單片機邏輯計算、判斷、處理后，控制器對其它部分發出指令，該數字形式的控制量同樣經過DA轉換器，轉換成模擬信號后傳遞給保持器，再發送給各個執行器件，一般主控單元電路中還附帶有簡單的數據顯示和報警功能的模塊。

3.2 現場總線控制模塊

現場總線主要是進行分布式控制，它主要運用在生產車間和各種電子設備之間，采用多節點串行數字化通訊系統，是以全數字化、開放式、多節點間通信為特點的底層控制網絡。它結合了當今三大高科技技術：現代計算機網絡技術、自動控制技術和通信技術。自從上世紀80年代以來，CAN逐步在加工制造業、交通管理、大型機械、汽車等擁有自動化控制系統中廣泛的運用。在眾多總線類型中，CAN （C ontolerA reaNetw ork）總線在局城網重工控制性能最好，協議最為規范，設計獨特，受到越來越多的關注，已經被規定為國際上總線的標準，被公認為運用最廣泛的現場總線之一。

1）現場總線的結構特點

現場總線突破了傳統的控制模式，以集散控制系統為基礎發展而來的。傳統的控制系統都是一對一進行連接，每一個控制點都必須要與主控器對接，現場的傳感器、控制器、測量變送器、開關、執行器都需要與控制室的主控器進行單獨連接。現場總線控制系統不拘于傳統的控制模式，設立了下位機，把控制室中的控制模塊以及輸入輸出模塊下放到現場，便于現場測量變送裝置更直接的與執行模塊進行數據傳輸，使控制功能在現場完成，實現現場分布式。

2）現場總線方式的優勢

（1）設備維護簡便：在現場出現故障時，現場控制設備對故障具有處理和診斷能力，同時控制室也會收到診斷結果及信息。維護人員可以通過這些信息了解設備運行的情況以及故障診斷的信息，以便對設備進行維護，更快的排除故障，提高了成產效率，最主要是大大減少了維護人員對設備檢修時的工作量。

（2）結構簡便，節省空間：很多生產車間的流水線，其周圍都分布著很多相關的輔助設備，走線更是凌亂無章，數量繁多，這就大大的占用了車間有限的空間，而運用了分布式控制后，總線的出現就很好的解決了這些問題，使輔助設備大大減少，最關鍵的是連線更簡便，節省空間，便于維護。

（3）節約成本：一般的生產線距離都比較長，分布廣，傳統控制模式需要大量的連線將控制接口與執行設備一一連接。現在有了現場總線系統連線變得更加簡單，一條連線上可接多個設備，節省了電纜線和端口設備的數量，當需要擴展或者對流水線進行改進時，秩序從原來的連線上重新接一根控制線即可，而不需要重設端口和增加電子設備和電纜線，使生產變得更加靈活，壓低了成本和生產投入。

4結語

隨著汽車工業的發展，人們對汽車的可靠性和駕駛舒適性等方面的要求變得越來越高，汽車電子智能化成為當前人們廣受關注的焦點。傳統的通訊技術應對當前復雜的電子設備顯得力不從心。CAN總線作為一種對分布式控制和實時控制有效支持的技術、抗干擾能力強、可靠性高、結構簡便和通訊速度高等優點受到人們高度重視。傳統的汽車儀表隨著總線技術的發展和汽車上電子設備的增加受到巨大的挑戰，因此隨之而來的是基于CAN總線的汽車智能儀表，基于CAN總線的汽車儀表顯示效果好，功能強大，對其研究與開發具有非常長遠的意義。

參考文獻：

[1]張麗鳳.汽車智能儀表設計與CAN總線技術應用[J].自動化與儀器儀表，2017，第11期.

[2]盛吉照.無線電傳輸技術在汽車智能儀表設計應用[J].科技經濟導刊，2016，第23期.

（作者單位：長城汽車股份有限公司-哈弗技術中心）

第一作者簡介：陳聰，男，漢，河北保定，本科，初級工程師，汽車電子電器開發。