基于CAN总线的汽车仪表设计

蔺彬碧

摘 要：文中针对总线汽车仪表设计方案进行阐述，主要介绍了汽车仪表系统的主要功能，对硬件及软件进行了设计、电磁抗干扰设计，具有交互功能的人机界面为人们驾驶汽车带来便利，满足汽车仪表的要求。

关键词：系统功能 CAN总线 汽车仪表 设计

Design of Automobile Instrument Based on CAN Bus

Lin Binbi

Abstract：The article elaborates on the bus instrument design scheme of automobile， mainly introduces the main functions of automobile instrument system， and designs the hardware and software， electromagnetic anti-jamming design， and the human-machine interface with interactive functions so as to bring convenience to people driving cars， and meet the requirements of automotive instrumentation.

Key words：system function， CAN bus， automobile instrument， design

1 引言

对于驾驶员来说，汽车仪表最能直观了解汽车运行情况。汽车工业的快速发展使得人们的要求越来越高，电子化控制的汽车仪表随处可见。传统机械电气式仪表已经难以满足人们的需求，发展性能好、信息容量大、电子控制程度高的汽车仪表是该领域的未来发展趋势。本文针对CAN总线汽车仪表进行了系统功能介绍以及硬件软件设计，并进行了电磁抗干扰介绍，仪表系统以ARM为控制核心芯片，彩色触摸屏LED作为人机界面。

2 系统整体功能

2.1 显示功能

汽车仪表在汽车行驶过程中为驾驶员提供汽车的各项工作信息，如汽车行驶的速度、里程数、发动机的转速等，有利于驾驶员发现汽车在行驶过程中产生的问题，及时采取相应的措施，避免问题进一步扩大。除此之外，CAN总线汽车仪表对车载设备及汽车的各运行部分进行实时监测，一旦出现问题，CAN总线汽车仪表将会发出警报，并采取措施制止问题进一步扩大。在发出警报时警报图标会闪烁不同颜色的光，代表事故的强弱，发光的同时也伴随着语音警报等。另外，CAN总线汽车仪表可以根据用户自己的喜好设置个性化界面，无论是仪表界面的颜色、图形顺序及大小等都可自行设置，满足用户的个性化要求。

2.2 CAN通信功能

CAN总线汽车仪表系统设置了外设及扩展接口，能够进行信息交换，实现通信功能。用户可根据需求下载相关信息到仪表中，例如便于导航的地图以及倒车雷达等，在节省用户时间的同时也为用户出行带来便利。另外，设计CAN总线汽车仪表的基础条件，不同的模块功能不同，则其设计准则各不相同。

3 硬件设计

3.1 硬件整体设计

硬件设计的核心是ARM芯片LPC2478，LPC2478的存储器接口具有128位宽度。LPC2478 内部集成了CAN、LCD控制器等，CAN总线接口主要接收车载 CAN模块。

在汽车行驶的过程中，驾驶员应实时了解汽车的工作状况，例如汽车行驶的速度、汽车行驶的里程数、发动機的转速、汽车油箱是否油料充足、汽车刹车系统贮气瓶压力等各种信息，根据了解的信息采取对应措施解决问题。而CAN总线汽车仪表能迅速反映汽车的各项指标信息，便于驾驶员了解汽车行驶状态，解决问题。CAN总线汽车仪表可以根据用户自己的喜好设置个性化的界面，具有丰富的人机交互功能。

3.2 CAN通信设计

CAN总线模块的主要组成部分为CAN控制器和CAN总线收发器。CAN控制器主要的功能是将收集到的信息进行处理，之后将处理结果发送给各单元进行具体执行。CAN总线收发器主要功能是接收控制器处理过的信号，主要包括车辆的速度、里程等基本信息，除此之外，还需将相关信息发送给控制器。

3.3 接口电路设计

汽车通过接口电路来接收车速以及转速等脉冲信号，图1为脉冲接口的电路图。如图所示，比较器LM393和高速光隔器6N137为电路中的主要器件，它们分别发挥纠正脉冲信号与光电隔离的作用。

3.4 电源设计

仪表系统的电源为24V的蓄电池，而电路中的CAN收发器芯片的输入电压为5V，因此应利用LM2575稳压器将电源的电压降为5V之后使用。LM2575稳压器具有内部保护电路完善等优势，并且有固定的振荡器，可以利用极少的外围器件来输送高效、稳压的电流。

4 软件设计

4.1 软件整体设计

CAN总线汽车仪表的软件设计采用模块化设计模式，包含不同的设计模块，主要有主程序模块、CAN通讯模块、数据采集及处理模块、LCD 显示模块以及数据存储模块等部分。各模块所发挥的作用不尽相同，其中主程序模块的主要作用是集中调整各子模块处理其对应的任务，负责统一调度。CAN通讯模块通过通讯设备来完成对信息的传输与发送工作;数据采集及处理模块主要通过脉冲信号可完成对模拟信号的采集与处理工作;液晶显示模块可以显示汽车的工作状态，系统主程序流程图如图2所示。

4.2 CAN总线设计

在进行CAN总线设计时，应以CAN2.0协议标准为依据开展设计工作，首先将数据接口进行初始化，之后再完成对数据的接收、存储、处理及分类等工作，在FLASH中储存接收到的分类处理过的信息，最后由仪表盘将这些信息显示出来。下图3为CAN总线接收数据流程图，如图所示，在系统初始化之后读入总线数据，当接收中断后进行数据处理，判断接收的数据是否符合接收条件，对于符合接收条件的数据进行数据接收，否则不予以接收。数据接收完成后对报文进行判断并读取、解析、处理数据。

4.3 人机界面设计

对人机界面的设计主要采用LED灯与液晶屏、触摸屏相结合的显示方法。汽车的转向灯、警示灯等车灯均采用LED灯，采用触摸屏，显示车速、里程、燃油剩余量及报警系统等。CAN总线汽车仪表盘主要有综合与组合显示两种界面，一般来说，为了驾驶员在行车过程中比较直观地了解车辆的工作情况，会多采用综合显示界面，该界面信息比较直观，所有行车基本信息一目了然，便于驾驶员了解情况，也能够降低安全风险。

5 电磁抗干扰设计

汽车的工作环境相对复杂，影响汽车仪表工作的原因较多，如车内外温差、气压差、汽车自身振动等。除此之外，在行驶过程中使用的电子设备会对汽车仪表产生电磁干扰。所以，在设计CAN总线汽车仪表时需要考虑多种影响因素，必须提升仪表系统的抗干扰能力。汽车仪表产生干扰有空间干扰、供电系统干扰及过程通道干扰等三种情况，分别通过电磁波辐射、电源以及相互通道进入系统。一般来说，可采用光电耦合器避免产生电磁干扰;采用宽电压输入、隔离稳压型输出的方法来避免产生电源干扰;利用光电耦合器来避免产生过程通道干扰。另外，对于软件电磁干扰，可以利用电路监视系统对运行过程中的电磁干扰进行监测，在系统受到干扰时及时使其复位。

6 结论

总线化设计是未来汽车仪表发展的主流趋势，本文，针对总线汽车仪表设计方案进行阐述，介绍了汽车仪表的系统功能及硬件软件设计、电磁抗干扰设计，具有交互功能的人机界面为人们驾驶汽车带来便利。

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