CN209305503U - 一种基于can总线的汽车仪表系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于can总线的汽车仪表系统，属于车载电子技术领域，包括MCU控制器、CAN总线收发器、TFT‑LCD显示屏、电机单元、FLASH存储器和指示灯组，解决了通过CAN总线实现车载仪表的数据信号传输的技术问题；本实用新型CAN总线采用双绞线串行通信方式，检错能力强，更适合汽车传输数据来使用；实时性强、传输速度快、成本低；多主机工作方式，不分主从，通讯方式灵活；数据可多路传输，由软件控制，提高了汽车总线的传输效率；抗干扰能力强，避免汽车多线束之间的互相干扰；无需点对点连接，完美解决汽车布线问题。
Description
技术领域
本实用新型属于车载电子技术领域，尤其涉及一种基于can总线的汽车仪表系统。
背景技术
在过去汽车仪表中各电子元器件与电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)之间通过导线连接，并且通过单一的点对点的通信方式进行数据通信。然而在现在，由于汽车中的电子设备技术在不停地发展，汽车仪表中的各个电子控制节点与电子器件的数量急剧增多，从而导致汽车仪表中各电子控制系统之间传输数据信号的线束不断增加、仪表的布线更加复杂。而且为了满足汽车仪表中各控制系统之间实时性的需求，需要共享仪表系统中的公共数据信息。可见如果在汽车仪表中的各个电子控制单元间继续使用传统的布线方式，将会使仪表布线繁琐、各电子控制系统间数据交换的复杂度提高、仪表系统的可靠性和抗电磁干扰能力下降等，从而达不到现代多功能复杂仪表显示的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于can总线的汽车仪表系统，解决了通过CAN总线实现车载仪表的数据信号传输的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于can总线的汽车仪表系统，包括MCU控制器、CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、电机单元、FLASH存储器和指示灯组；
CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、FLASH存储器和指示灯组均与 MCU控制器电连接；
电机单元包括转速表、车速表、水温表和燃油表，转速表、车速表、水温表和燃油表均与MCU控制器电连接。
优选的，所述CAN总线收发器包括CAN芯片及其外围电路，CAN 芯片的型号为TJA1042。
优选的，所述MCU的型号为MB594。
优选的，所述CAN芯片的7脚和6脚之间并联一个电容C9，所述 CAN芯片的7脚通过电容C11连接地线，所述CAN芯片的6脚通过电容C10连接地线；所述CAN芯片的7脚还通过电阻R5连接电容C12 的1脚，所述CAN芯片的6脚还通过电阻R6连接电容C12的1脚，所述CAN芯片的5脚通过电阻R7连接电容C12的1脚，电容C12的 2脚连接地线。
本实用新型所述的一种基于can总线的汽车仪表系统，解决了通过CAN总线实现车载仪表的数据信号传输的技术问题；本实用新型 CAN总线采用双绞线串行通信方式，检错能力强，更适合汽车传输数据来使用；实时性强、传输速度快、成本低；多主机工作方式，不分主从，通讯方式灵活；数据可多路传输，由软件控制，提高了汽车总线的传输效率；抗干扰能力强，避免汽车多线束之间的互相干扰；无需点对点连接，完美解决汽车布线问题。
附图说明
图1是本实用新型的原理图方框图；
图2是CAN总线收发器的电路图；
图3是5V电源电压调试电路的电路图；
图4是接插件的电路图；
图5是TFT-LCD显示屏的电路图；
图6是FLASH的电路图；
图7是恒流源背光灯电路的电路图。
具体实施方式
由图1-图7所示的一种基于can总线的汽车仪表系统，包括MCU 控制器、CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、电机单元、FLASH存储器和指示灯组；
CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、FLASH存储器和指示灯组均与 MCU控制器电连接；
电机单元包括转速表、车速表、水温表和燃油表，转速表、车速表、水温表和燃油表均与MCU控制器电连接
优选的，所述CAN总线收发器包括CAN芯片及其外围电路，CAN 芯片的型号为TJA1042。
优选的，所述MCU的型号为MB594。
优先的，FLASH存储器采用S29GL256S。
本实用新型采用的MCU需满足如下要求：拥有208个引脚，内核采用FR81S高性能的CPU；64KB字节的内置RAM，800KB字节的VRAM；64KB字节存储空间的FLASH程序存储器；可支持I2C主控同步的串行通信端口；32个A/D转换器，转换时间为3us；能够提供较高的处理速率，其工作频率最大可达128MH；内嵌高速的PWM 以及GDC图形显示控制；支持DC-DC转换控制与功能安全ISO 26262；具有2路CAN接口，并能够支持TFT图形仪表板。
本实施例中，MB594微控制器主要引脚功能定义如下：
(1)2-17、21-22引脚是I/O输入输出引脚，作为LCD液晶显示屏的驱动模块；同时23-26引脚作为控制信号端，确保LCD显示器能够正常工作；
(2)27-35、38-50、54-70、74-81引脚为FLASH存储器模块，其中MCU内部采用并口连接的方式与外部FLASH存储模块相连，确保数据传输速度比以往芯片中所使用的串口连接方式更快，同时外部 FLASH用于存储一些图片数据信息；
(3)98-102引脚为声音驱动模块，实现蜂鸣器的驱动来完成声音提示功能；
(4)106-107引脚为CAN收发器接口，使得CAN收发器能够与 MCU微控制器内部的CAN控制器组成一个CAN通信节点，从而完成仪表系统中的CAN网络通信工作；
(5)114-120引脚连接报警灯自检电路；
(6)151-154引脚连接四个步进电机，并把指针插在步进电机上， MCU MB594输出信号驱动步进电机，步进电机再带动着指针转动，指示仪表表牌中相对应的位置。其中步进电机采用的是Sonceboz电机，且型号为6405R472，步进角为1/12°，同时所选取的步进电机需要有适当的阻尼以确保指针能够平滑的转动；
(7)143引脚用于检测MCU微控制器的温度；
(8)144引脚用于检测TFT-LCD液晶显示屏的温度。
CAN总线收发器选用型号为TJA1042，其满足：传输速率高达 1Mbit/s；符合“ISO11898-2”和“ISO 11898-5”标准；适用12V和24V系统；通过CAN_L和CAN_H总线结合，实现数据信号传输；电磁辐射(EME)较低；较高的抗电磁干扰(EMI)能力；具有热保护功能；待机模式下功率消耗较低。
如图2所示，CAN总线收发器TJA1042中的RXD引脚与TXD引脚可以分别和MB594微控制器中的106引脚CAN_RXD和107引脚 CAN_TXD连接。其次，电容C13和C14连接在CAN总线收发器的引脚VCC上，主要目的是为了滤除电路中的干扰信号。再者，为了提高接口电路的抗干扰能力与可靠性，保护CAN总线收发器TJA1042以免受到电流过大的冲击而损坏电路，因此在TJA1042的CAN_L和CAN_H 引脚与VIO引脚之间分别连接了一个电阻。而且为了滤掉CAN通信总线中的高频信号干扰并且起到防电磁干扰辐射等作用，在CAN_L 和CAN_H引脚与接地之间连接了C10和C11两个电容。最后再分别将CAN_L和CAN_H和物理层中的接口进行相连接，从而实现CAN总线网络通信。
如图2所示接口电路中，首先TJA1042CAN收发器中的RXD引脚与TXD引脚可以分别和MB594微控制器中的106引脚CAN_RXD和 107引脚CAN_TXD连接。其次，电容C13和C14连接在TJA1042CAN 收发器的引脚VCC上，主要目的是为了滤除电路中的干扰信号。再者，为了提高接口电路的抗干扰能力与可靠性，保护TJA1042CAN收发器以免受到电流过大的冲击而损坏电路，因此在TJA1042CAN收发器的 CAN_L和CAN_H引脚与VIO引脚之间分别连接了一个电阻。而且为了滤掉CAN通信总线中的高频信号干扰并且起到防电磁干扰辐射等作用，在CAN_L和CAN_H引脚与接地之间连接了C10和C11两个电容。最后再分别将CAN_L和CAN_H和物理层中的接口进行相连接，从而实现CAN总线网络通信。
优选的，所述CAN芯片的7脚和6脚之间并联一个电容C9，所述 CAN芯片的7脚通过电容C11连接地线，所述CAN芯片的6脚通过电容C10连接地线；所述CAN芯片的7脚还通过电阻R5连接电容C12 的1脚，所述CAN芯片的6脚还通过电阻R6连接电容C12的1脚，所述CAN芯片的5脚通过电阻R7连接电容C12的1脚，电容C12的 2脚连接地线。
电容C9、电容C10和电容C11保证了CAN总线传输是的信号匹配，并且对CAN总线上产生的高电压脉冲干扰起到了滤波作用，保证了信号的准确度。
如图3所示本实施例中采用KL30来代表蓄电池电源，同时采用 KL15来代表点火电源。目前微小型汽车一般能够提供12V的蓄电池电压。然而在设计的仪表系统中微控制器MCU、蜂鸣器、CAN总线收发器等电子元器件可以满足的供电电压为5V，而仪表的微控制器MCU芯片中的数字模块、FLASH芯片、LCD屏供电的电压均为3.3V。为了确保汽车仪表输入的电压达到稳定状态，选取型号为 BD99011EFV的芯片作为电源电压转换器，将汽车系统中12V电源电压通过电源电压转换器转换为微控制器与系统需要的5V工作电压。
通过图3所示的5V电源电压调试电路可以将12V的蓄电池电压通过电源电压转换器BD99011EFV转换为5V电压。再选用电源电压转换器BD33IC0MEFJ-M，把5V电压转换为供微控制器MCU芯片中的数字模块、LCD液晶显示屏、FLASH存储器芯片等其他模块正常工作的3.3V电压。
如图5所示，本实用新型的TFT-LCD显示屏采用TFT-LCD液晶显示屏，主要参数和工作指标要求如下：尺寸：3.5英寸；分辨率：320*240；背光亮度：340±30cd/m2；点间距：0.222*0.222mm横*竖；对角度： 1000:1投射；视角范围：左右70度，上下70度；LCD显示屏面板电压：3.3V；静态电流：待机模式下，Color TFT-LCD仪表静态电流需小于1.5mA。
LCD的控制器已经集成在了MB594微控制器内，并且拥有和 TFT-LCD液晶显示屏相连的接口，LCD控制器把参数传递到LCD驱动模块中，然后寄存器中的数值通过驱动程序来改变，以便产生出时钟像素用来驱动LCD液晶屏的显示。
图5中，8号引脚用于检测LCD显示屏内温度，在LCD屏内有一个热敏电阻，用于检测屏的温度；11-14引脚用于连接MCU MB594 控制器的控制端口；B[0,5]、G[0,5]、R[0,5]引脚均为数据端口，主要目的是使MCU MB594控制器给LCD显示屏传输数据通信号，从而使数字信息显示输入到TFT-LCD液晶显示屏上。
如图7为本实用新型的恒流源背光灯电路图，其中运算放大器是采用了带负反馈的理想运算放大器LM2904；发光二极管LED的导通压降为6V(此处模拟了TFT-LCD液晶显示屏内部背光灯LED的压降)；电阻的精度为0.1％，阻值分别是：R1、R4、R6为10k，R2、R7、R8 为1k，R3、R5为6.8；选取车身蓄电池电压KL30A为12.8V(KL30A 是KL30通过一个保护二极管所得到的电压值)。
如图6所示为MCU与FLASH的连接图，其中ExFlash_ADDR_A[0,24] 作为地址线接口，目的是为了MCU MB594将数据传输至相应的地址位置；ExFlash_DATA_D[0,15]作为数据线接口，用于MCU MB594将相应地址位置中的数据信息通过数据线读取出来；WP引脚端口具有写保护作用，主要目的是以防误写入操作；其余的端口是一些控制信号端，用来确保FLASH数据存储器能够正常工作。
如图4所示，本实施例中还包括用于连接和采集车身上的数据信号的接插件，插件采用的是AMP公司型号为Tyco 966658-2的接插件，其主要目的是为了便于把车身上的数据信号通过接插件传输到仪表上来，从而使仪表系统布线更加简单、数据传输效率更高。Tyco966658-2接插件具有32个引脚，根据所设计仪表各项功能需求，各引脚定义如表1所示：
| 引脚 | 名称 | 引脚 | 名称 |
| 1 | 悬空状态 | 17 | 悬空状态 |
| 2 | 悬空状态 | 18 | 方向盘按键电阻输入端 |
| 3 | 低机油压力指示灯信号输出 | 19 | 悬空状态 |
| 4 | 发动机启动状态输出端 | 20 | 悬空状态 |
| 5 | 车身防盗指示灯信号 | 21 | 悬空状态 |
| 6 | 制动液位低信号输入端 | 22 | 悬空状态 |
| 7 | 副气囊锁指示灯(预留) | 23 | 悬空状态 |
| 8 | 悬空状态 | 24 | 悬空状态 |
| 9 | 悬空状态 | 25 | 悬空状态 |
| 10 | 悬空状态 | 26 | 悬空状态 |
| 11 | 燃油传感器接地端 | 27 | 数字量接地端 |
| 12 | 燃油传感器信号输入端1 | 28 | CAN_L |
| 13 | 燃油传感器辅助信号输入端2 | 29 | CAN_H |
| 14 | 车身接地端 | 30 | 车身接地端 |
| 15 | 方向盘按键电阻接地端 | 31 | KL15点火端口 |
| 16 | 悬空状态 | 32 | KL30电源蓄电池连接端口 |
表1
引脚32连接车身蓄电池电源KL30；引脚31连接点火开关KL15，点火开关用于车身给仪表供电所使用；3-8、12、13、18引脚分别连接车身所提供的一些信号控制端口；车身的数据信号均通过该插接件连接MCU。
本实用新型各个模块的数据信息通信由CAN总线来完成。本实用新型的MCU一方面，把CAN总线通信技术引入到汽车仪表的设计当中，并且采用数据采集节点获取到系统数据信息，再利用CAN总线通信网络与MCU实现数据信息的传输；另一方面，针对部分车身信号，通过硬件电路采集和发送模拟或数字信号，完成模拟信号或数字电平与微控制器之间的通讯，同时再根据CAN总线协议。本实用新型作为整车CAN通信中的一个网络节点，仪表显示所需要的数据信息通过CAN通信总线采集到，从而使以往仪表布线的复杂度以及设计难度有所改善，并且与整车的各个控制装置之间形成了统一的一体化所控制的网络系统体系。CAN总线网络接收到车身发出的各控制信息并向车身发出控制命令，最后在TFT-LCD显示屏上显示出小计里程、平均油耗、续航里程、瞬时油耗、行驶时间、平均车速等数据参数信息。
本实用新型所述的一种基于can总线的汽车仪表系统，解决了通过CAN总线实现车载仪表的数据信号传输的技术问题；本实用新型 CAN总线采用双绞线串行通信方式，检错能力强，更适合汽车传输数据来使用；实时性强、传输速度快、成本低；多主机工作方式，不分主从，通讯方式灵活；数据可多路传输，由软件控制，提高了汽车总线的传输效率；抗干扰能力强，避免汽车多线束之间的互相干扰；无需点对点连接，完美解决汽车布线问题。
Claims (4)
1.一种基于can总线的汽车仪表系统，其特征在于：包括MCU控制器、CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、电机单元、FLASH存储器和指示灯组；
CAN总线收发器、TFT-LCD显示屏、FLASH存储器和指示灯组均与MCU控制器电连接；
电机单元包括转速表、车速表、水温表和燃油表，转速表、车速表、水温表和燃油表均与MCU控制器电连接。
2.如权利要求1所述的一种基于can总线的汽车仪表系统，其特征在于：所述CAN总线收发器包括CAN芯片及其外围电路，CAN芯片的型号为TJA1042。
3.如权利要求1所述的一种基于can总线的汽车仪表系统，其特征在于：所述MCU的型号为MB594。
4.如权利要求2所述的一种基于can总线的汽车仪表系统，其特征在于：所述CAN芯片的7脚和6脚之间并联一个电容C9，所述CAN芯片的7脚通过电容C11连接地线，所述CAN芯片的6脚通过电容C10连接地线；所述CAN芯片的7脚还通过电阻R5连接电容C12的1脚，所述CAN芯片的6脚还通过电阻R6连接电容C12的1脚，所述CAN芯片的5脚通过电阻R7连接电容C12的1脚，电容C12的2脚连接地线。
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