汽车整车CAN总线示教板设计分析

汽车仪表是人车交流的重要媒介，其发展主要在信息内容及其采集、显示等方面。以信息内容来说，从原来的基本行驶功能要求（如机油压力） 到现在各总成及整车运行情况的各种信息（如故障警示）等。其次，从信息采集与传输方式来说，从原来由采集元件直接获取物理量，到现在利用传感器将各种信息先转化为电信号、再利用CAN 总线进行共享。再次，从信息显示方式来说，经历了从机械式、电子式、数字式到智能化的进步。
为顺应我国汽车电子产业的快速发展， 将汽车电控新技术、相关电子产品运用于职业院校学生的技能训练及知识学习的教学中来。本文设计了一种典型的汽车CAN 总线仪表实训台，该设备采用基于CAN 总线技术的步进电机驱动及液晶显示的仪表系统，具有显示、提示、警示等功能。下面重点介绍其硬件、软件设计方案。
1、CAN总线汽车仪表实训台设计方案
为达成设计意图，依据汽车仪表、总线控制等前沿技术，进行了“CAN 总线汽车仪表实训台”的设计，下面从硬件、软件两方面论述。
1.1 实训台硬件设计
依功能需求， 对实训台主要元件进行功能分析及选用，详见表1。
实训台的主处理器、仪表、PCB 板原型，见图1 和图2。
表1 CAN 总线汽车仪表实训台主要元件一览表
1.1.1 主处理器选用
选用NEC 生产的用于测控范畴的闪存型微控制器uPD78F0822单片机，可设定运行指令时间、4.0～5.5 V 的宽工作电压、自带有与CAN 总线连接的DCAN 模块，这样，只须加1 个CAN 收发器即与CAN 总线连接，如图3 所示。

1.1.2 PCB 电磁干扰处理
设计PCB 时，我们运用以下原则：
1）合理总体布局与配置零配件。根据各类信号频率、电流特性、开关数量及特点等对PCB 板空间进行合理布局，规划好区域功能，如输入输出电路和元件尽可能离远；高功率区应单独设置，并为完整板块；先定核心件再配其他零配件等。
2）电源合理选用及去耦等。电源是电路动力源，也是电磁骚扰源。因此，够用前提下，尽量选用低电流、低功率、低频低噪电源；尽量选用加宽电源线，并让其与数据线、地线方向一致，可增强抗噪性能。可选10～100 μF 的电容作为电源去耦电容等。
3）接地处理。尽量减小电路回路的阻抗；采用多点接地、线宽3 mm 以上；接地面与电源面为相挨两层， 相当一大而均布的去耦电容和一高频响应且面、线均布的低串联电感等。
4）去耦电容的配置。即合理选配集成电路电源及接地之间的电容。依电磁信号耦合机制，选用10～100 μF 的电解电容器，减少干扰、提升抗干扰能力。
5）其他通用原则，如为减弱高频信号的发射和耦合，折线角度尽可能采用45°；数据、地址、控制三种总线尽量短且长度尽量接近等。
1.1.3 汽车仪表设计
依汽车仪表发展， 结合职业院校教学实际及自身科研能力， 本设计的汽车仪表主要由数据显示（大小里程）、数据指示（车速、转速）、超限警示（油量过低、水温过高等）和数据存储4 种装置组成，如图4 所示。

图4 仪表系统结构框图
1.1.4 步进电机的选用与驱动
本设计选用VID29—05步进电机，引脚如图5 所示， 直接利用主处理器μPD78F0822 自有的电机驱动模块进行控制，采用细分电机驱动技术，用变化平缓的准正弦波脉冲电机驱动信号， 加上高达180/1 减速比的内置式齿轮机构， 可达最小步距角1/12°、最大角速度600 °/s，同时，电机运行更加安静、平稳。

图5 步进电机引脚图
1.1.5 信号采集与调理电路设计
本设计采用比亚迪F3R 的转速、车速、水温、油位传感器等采集信息；并经信号调理，将其转化为较为理想的信号，供单片机处理，具体电路如图6和图7所示。

1.1.6 复位电路设计
本设计采用手动和看门狗复位。其中看门狗电路核心是一记数器，若CPU一直工作，则不起作用；若CPU停止工作，则数值不能写入，当计数到目标值时即复位系统。
1.2 实训台软件设计
本设计是基于SAE J1939应用层协议为基础，利用C语言，采用模块化结构来进行。
1.2.1 主程序设计
工作时，先进入主处理器初始化模块，合理分配空间资源等，接着进入主循环运作。主处理器先通过信息交流模块获取各传感器或其他元件传来的信息，并分析判定，之后，调用相应模块、进行操作并展示相关信息。如收到车速信息时，一是通过指针驱动模块显示车速， 二再通过液晶显示模块更新和显示里程数据， 三是通过警示灯与蜂鸣器控制模块，判定数据。若超标，则亮灯并鸣叫，否则不予理会。主程序流程如图8 所示。

图8 主程序流程图
1.2.2 软件程序模块化处理
本系统用一主程序统筹，当需相关操作时，执行相应的子程序，操作完毕后，再回主程序继续运作。经分析、模块化处理，我们将本系统的子程序分为初始化、CAN 信息交流、仪表指针驱动模块、警示灯与蜂鸣器控制、液晶显示等模块。这样思路清晰，运作高效，也易于查漏补缺。
2、实训台的调试与市场期值
2.1 实训台初步调试
调试期间采用卧式， 便于零部件的摆放和调整，及先做好整体设计和完善工作。待测试完成，再制成立式，以便教学的演示和观看。
2.2 实训台市场期值
2.2.1 扩展仪表其他信息的探讨
本实训台仪表主要有转速、车速、水温、汽油量4 种信息。如若能再拓展仪表显示的内容，且具备故障诊断等功能，则其实用性更高。
2.2.2 各类车型个性化仪表实训台设计的探讨
目前流行的有欧、美、日三种车系，其仪表系统也不尽相同， 如转速的信息采集， 以霍尔式为主，也有电磁式和光电式。本实训台以日系车技术为主导，若能将其他车系“同台展示”，则学生更能掌握CAN 总线仪表的结构原理及其运行。
2.2.3 CAN 总线车用仪表实训台市场展望
CAN 总线技术已广泛应用于汽车电控各方面，并日臻成熟，而仪表系统因不涉及安全、汽车动力等核心控制，信息收发及分析也相对简明，是学习总线技术的入门， 且仪表对非专业人员也熟悉，容易理解。在当今中国汽车民族工业和职业教育双翼齐飞的背景下， 本仪表实训台必有一定的市场前景。 


友情提示：
您只要致电：021-60766769  (0)15216837090 (张经理)
我们可以解答汽车整车CAN总线网络示教板，汽车CAN数据传输网络示教板相关疑问!
我们可以帮您推荐符合您要求的汽车整车CAN总线网络示教板，汽车CAN数据传输网络示教板相关产品!