智能车载仪表系统结构及硬件设计

引言

随着高性能电子显示技术的发展，汽车仪表电子化的程度越来越高。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越来越高;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，一旦汽车发生故障，可以找到故障来源，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，汽车会越来越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趋势和潮流。

1 智能车载仪表系统结构

本智能车载仪表拥有大多数传统车载仪表所拥有的功能，驾驶员可以通过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。

车载智能仪表主要分为基于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。

2 硬件设计

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总线接口电路如图2所示。采用Microchip公司的CAN总线控制器MCP2515。MCP2515完全支持CAN 2.OA/B技术规范，速度达到1Mbps;SPI的接口标准使得它与S3C2440的连接更加简单;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总线收发器采用TJA1050，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，还可以抑制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。电源的隔离可以采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通信线上的2个60Ω电阻(总计120 Ω)，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 Ω的中间部分与地端之间连接一个电容以抗干扰。

3 软件设计

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。其中非常关键的是编写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。