汽车智能仪表设计及CAN总线技术应用

陈聪 王乐乐

摘要：在汽车的行驶中，传统的汽车仪表只能为驾驶员提供比较少量的信息，在社会经济科技的发展下，传统的汽车仪表已经不能满足人们对汽车信息化、智能化的发展要求。科技的发展使得汽车工业朝着精细化、信息化、智能化的发展。

关键词：汽车智能仪表设计；CAN总线；技术应用

1 汽車智能仪表的功能分析

第一，应用智能车载数字仪表来对信息进行综合展示，涉及到的信息包括发动机的转动速度、车辆运行速度、燃油量等。第二，实现对汽车各部门零件运行状态、车载设备的实时性检测，在发现异常状况的时候及时采取补救措施。第三，用户可以根据自己的习惯来选择适合自己的汽车智能仪表操作截面，实现汽车智能仪表的个性化应用。第四，汽车智能仪表系统具有外设和扩展两个接口，能够进行数据的下载，并结合数据的需求进行扩展，比如雷达、电子地图等。按照汽车智能仪表功能特点，在操作的时候需要按照相应的原则进行，注重传感器、总线传输、中央处理器、数据存储的操作。

2 智能仪表系统总体框架结构

智能仪表系统总体框架结构如图1所示：中央控制器硬件共分为10个模块：（1）中央处理器M CU X2）电源模块（B）CAN通讯模块4）频率量采集模块（5）模拟量采集模块（6）开关量采集模块（7）时钟模块（8）外设接口扩展模块（9）串口调试模块（10Flash存储模块。

3 汽车智能仪表设计及CAN总线技术应用的系统硬件的分析

3.1 硬件总体方案的选择

随着科技的飞速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对汽车性能的可靠性和驾驶舒适性的要求变得越来越高，为了满足用户的需求，越来越多的电子设备运用在汽车上。庞大的电子设备之间的信息交换，指令的传递，以及数据的采集处理和判断都变得异常的复杂，随之而来的车内空间的紧缺，众多电子设备带来的运行时故障率越来越高，维修的难度越来越大。为了能使信号在车内各个部分间传递，实现车内信息共享，对采集到的信息能够及时的传递给处理器，并且能发出正确的指令，传统控制器模块和线束通讯模式已经远远不能满足人们的需求，因此，高性能的处理器和CAN总线通讯应运而生。

本系统的中央处理器选用的是Motorol公司生产的MC9S12DG128这款16位的单片机。该处理器利用CAN总线通讯控制对各点的信息进行接收和发送。对接收到的数据进行格式转换，然后进行分析和处理然后做出判断，最后发出指令。在图像显示方面，完成对数据格式的转换以及图像的生成、处理和存储，最终能综合全面的在液晶显示器上显示车辆运行时的驾驶员所需要的各种车况信息。因此，对处理器的选择至关重要，关系到车载电子系统的性能，当处理器的功能是够强大时，单片机外围电路以及软件的设计会变得更加简便，这样系统的稳定性也越好。

在传统的以单片机为控制器的系统中，传感；器检测到信号后，经过多路开关和采样保持器，最后用A/D转换器模块将模拟信号转换成数字信号传递给单片机，经单片机逻辑计算、判断、处理后，控制器对其它部分发出指令，该数字形式的控制量同样经过DA转换器，转换成模拟信号后传递给保持器，再发送给各个执行器件，一般主控单元电路中还附带有简单的数据显示和报警功能的模块。

3.2 现场总线控制模块

现场总线主要是进行分布式控制，它主要运用在生产车间和各种电子设备之间，采用多节点串行数字化通讯系统，是以全数字化、开放式、多节点间通信为特点的底层控制网络。它结合了当今三大高科技技术：现代计算机网络技术、自动控制技术和通信技术。自从上世纪80年代以来，CAN逐步在加工制造业、交通管理、大型机械、汽车等拥有自动化控制系统中广泛的运用。在众多总线类型中，CAN （C ontolerA reaNetw ork）总线在局城网重工控制性能最好，协议最为规范，设计独特，受到越来越多的关注，已经被规定为国际上总线的标准，被公认为运用最广泛的现场总线之一。

1）现场总线的结构特点

现场总线突破了传统的控制模式，以集散控制系统为基础发展而来的。传统的控制系统都是一对一进行连接，每一个控制点都必须要与主控器对接，现场的传感器、控制器、测量变送器、开关、执行器都需要与控制室的主控器进行单独连接。现场总线控制系统不拘于传统的控制模式，设立了下位机，把控制室中的控制模块以及输入输出模块下放到现场，便于现场测量变送装置更直接的与执行模块进行数据传输，使控制功能在现场完成，实现现场分布式。

2）现场总线方式的优势

（1）设备维护简便：在现场出现故障时，现场控制设备对故障具有处理和诊断能力，同时控制室也会收到诊断结果及信息。维护人员可以通过这些信息了解设备运行的情况以及故障诊断的信息，以便对设备进行维护，更快的排除故障，提高了成产效率，最主要是大大减少了维护人员对设备检修时的工作量。

（2）结构简便，节省空间：很多生产车间的流水线，其周围都分布着很多相关的辅助设备，走线更是凌乱无章，数量繁多，这就大大的占用了车间有限的空间，而运用了分布式控制后，总线的出现就很好的解决了这些问题，使辅助设备大大减少，最关键的是连线更简便，节省空间，便于维护。

（3）节约成本：一般的生产线距离都比较长，分布广，传统控制模式需要大量的连线将控制接口与执行设备一一连接。现在有了现场总线系统连线变得更加简单，一条连线上可接多个设备，节省了电缆线和端口设备的数量，当需要扩展或者对流水线进行改进时，秩序从原来的连线上重新接一根控制线即可，而不需要重设端口和增加电子设备和电缆线，使生产变得更加灵活，压低了成本和生产投入。

4结语

随着汽车工业的发展，人们对汽车的可靠性和驾驶舒适性等方面的要求变得越来越高，汽车电子智能化成为当前人们广受关注的焦点。传统的通讯技术应对当前复杂的电子设备显得力不从心。CAN总线作为一种对分布式控制和实时控制有效支持的技术、抗干扰能力强、可靠性高、结构简便和通讯速度高等优点受到人们高度重视。传统的汽车仪表随着总线技术的发展和汽车上电子设备的增加受到巨大的挑战，因此随之而来的是基于CAN总线的汽车智能仪表，基于CAN总线的汽车仪表显示效果好，功能强大，对其研究与开发具有非常长远的意义。

参考文献：

[1]张丽凤.汽车智能仪表设计与CAN总线技术应用[J].自动化与仪器仪表，2017，第11期.

[2]盛吉照.无线电传输技术在汽车智能仪表设计应用[J].科技经济导刊，2016，第23期.

（作者单位：长城汽车股份有限公司-哈弗技术中心）

第一作者简介：陈聪，男，汉，河北保定，本科，初级工程师，汽车电子电器开发。