摘 要： 一款以智能彩色液晶顯示器為終端的基于TMS320F2812 DSP以及CAN總線的混合動力汽車綜合顯示儀。通過軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)置畫面與現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)組合顯示，并隨時根據(jù)需要對顯示界面進(jìn)行修改和擴(kuò)充。實(shí)驗(yàn)表明，該綜合顯示儀表不僅保證了信息處理的實(shí)時性，并能夠?qū)⒈碚骰旌蟿恿ζ嚬ぷ鳡顟B(tài)的數(shù)據(jù)通過指針式畫面、數(shù)值式畫面或動力傳輸示意圖及時顯示出來。
關(guān)鍵詞： 混合動力汽車；綜合顯示儀；DSP；CAN總線
在能源短缺和純電動汽車電池技術(shù)未得到突破發(fā)展的背景下，混合動力汽車已經(jīng)成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)[1]。混合動力汽車需要兩套動力系統(tǒng)配合工作，將不同動力系統(tǒng)的實(shí)時工作狀態(tài)及時反映給駕駛員，為駕駛員提供全面的行車信息。我國普遍生產(chǎn)使用的是燃油汽車，所以，目前普遍采用的步進(jìn)電機(jī)式數(shù)字儀表也是針對燃油發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)而設(shè)計(jì)的。如果在其面板中改進(jìn)，增加更加復(fù)雜的圖像以顯示混合動力汽車的相關(guān)參數(shù)，特別是反映動力源工作狀態(tài)的參數(shù)，將很難保證系統(tǒng)的清晰性、實(shí)時性和穩(wěn)定性。相對而言，用圖形界面反映動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)是最直接、最清晰的方式之一，然而混合動力汽車又分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型[2]。這種情況下，如果用圖形界面來反映混合動力汽車動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)，則需要根據(jù)不同的類型設(shè)計(jì)不同的界面，在此設(shè)計(jì)一款顯示界面清晰、直觀，并且能夠方便進(jìn)行再開發(fā)和再改動的綜合顯示儀。
1 設(shè)計(jì)思路
本設(shè)計(jì)利用車輛網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，從CAN總線上采集混合動力汽車綜合顯示儀所需要的數(shù)據(jù)，如車速、轉(zhuǎn)速、檔位、電池荷電狀態(tài)(SOC)、動力系統(tǒng)工作狀態(tài)等，經(jīng)DSP處理后進(jìn)行各種實(shí)時控制和顯示。區(qū)別于傳統(tǒng)的儀表面板，該顯示儀采用彩色液晶顯示器作為顯示終端，動態(tài)顯示所采集并用軟件處理過的數(shù)據(jù)，可隨時根據(jù)需要，由軟件實(shí)現(xiàn)顯示界面的修改和擴(kuò)充。
2 硬件設(shè)計(jì)
硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要包括：電源復(fù)位電路、CAN通信接口電路、SCI通信與電平隔離轉(zhuǎn)換電路、液晶接口電路等。TMS320F2812 DSP不斷地從CAN總線獲取數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別、計(jì)算處理后，由SCI經(jīng)過MAX232送往YD711彩色智能液晶顯示器，與“預(yù)置畫面”組合顯示。
2.1 電源復(fù)位電路
TMS320F2812芯片需要為CPU、Flash、ADC及I/Os提供雙電源(1.8 V和3.3 V)，在上電期間，為所有模塊賦予正確的復(fù)位狀態(tài)，器件的上電/掉電需要滿足一定的時序要求。TI的專用電源芯片TPS767D318可通過5 V穩(wěn)壓電源，提供滿足DSP內(nèi)核所需的1.8 V電壓和其外設(shè)所需的3.3 V電壓，在PIN4和PIN10之間串聯(lián)RC充電電路，目的在于使1路輸入/輸出和2路輸入/輸出有一定時間的延遲，從而使3.3 V和1.8 V的電壓輸出滿足DSP的上電時序要求，R、C的取值取決于時間常數(shù)?子。1Reset(PIN28)和2Reset(PIN22)內(nèi)部連接的是“與”門漏極開路驅(qū)動器，因此PIN28和PIN22并聯(lián)的結(jié)果是：只要任何一端輸出為低，都將引起DSP復(fù)位。采用DC/DC穩(wěn)壓電源以及嚴(yán)格隔離數(shù)字地和模擬地的設(shè)計(jì)，從硬件上保證了系統(tǒng)的抗干擾性，如圖2所示。
2.2 CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路
TMS320F2812 DSP中集成的CAN總線模塊為增強(qiáng)型CAN(eCAN)模塊，支持CAN技術(shù)規(guī)范2.0B，最高速率達(dá)1 Mb/s，并帶光電隔離[3，4]。在基于DSP的混合動力汽車綜合顯示系統(tǒng)中，CAN總線接口是在集成的eCAN模塊的基礎(chǔ)上，外擴(kuò)了TI公司的3.3 V CAN總線收發(fā)器SN65HVD232。使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時、準(zhǔn)確，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。由于YD711型彩色液晶智能顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232C通信方式，系統(tǒng)采用MAX232芯片將DSP輸出的典型3.3 V電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-232C電平。CAN通信接口電路與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。
2.3 YD711型智能彩色液晶接口電路
液晶的移位寄存器RXD（PIN14）通過RS232C口的TXD（PIN3）與MAX232的T1out(PIN14)連接；液晶的緩沖區(qū)寄存器DTR（PIN15）通過RS232C口的DSR（PIN6）與MAX232的R1in(PIN13)連接。液晶接口電路如圖3、圖4所示。
在DSP給YD711發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先應(yīng)判斷移位寄存器是否為空，為空時再檢查DTR信號。若DTR為高電平，則表示緩沖區(qū)滿，要等到DTR信號變?yōu)榈碗娖胶笤侔l(fā)送數(shù)據(jù)。即DTR為低電平時發(fā)送數(shù)據(jù)，DTR為高電平時停止數(shù)據(jù)發(fā)送。
3 軟件設(shè)計(jì)
綜合顯示儀的主流程圖如圖5所示。
程序主要涉及到eCAN模塊、PIE模塊和SCI模塊的運(yùn)用。在對各寄存器初始化以后，啟動CAN模塊接收數(shù)據(jù)；判斷數(shù)據(jù)的類型，如判斷是轉(zhuǎn)速、水溫還是其他，并將數(shù)據(jù)分別存放到相應(yīng)的郵箱中；判斷數(shù)據(jù)是否正確，采用“差異判別標(biāo)志”方法來識別數(shù)據(jù)是屬于本身的正常躍變，還是由于干擾引起的突變，從而從軟件上保證了系統(tǒng)抗干擾能力。例如：當(dāng)此次所接收的數(shù)據(jù)與上次接收的數(shù)據(jù)相比存在較大差異時，軟件暫時只保留數(shù)據(jù)而不將其送往液晶顯示，并打開一個“差異判別標(biāo)志”，并將所保留的數(shù)據(jù)再與下一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，直到相鄰幾個數(shù)據(jù)不存在較大差異時，才認(rèn)為是正確的數(shù)據(jù)，這時清除“差異判別標(biāo)志”并由SCI將數(shù)據(jù)送往液晶顯示。外部PIE模塊用以實(shí)現(xiàn)駕駛員按鍵選擇畫面部分的功能。TMS320F2812的3個外部中斷源分別對應(yīng)3個按鍵，當(dāng)有按鍵觸發(fā)信號產(chǎn)生，主程序跳轉(zhuǎn)至外部中斷服務(wù)子程序ISR中，判斷選擇的是哪幅畫面并將其顯示，中斷子程序返回主程序。
4 試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)混合動力汽車的特性，綜合顯示儀所顯參數(shù)及其范圍設(shè)定為：車速(0～180 km/h)、轉(zhuǎn)速(0～6500 r/min)、檔位(停車檔-P、倒車檔-R、空檔-N、前進(jìn)檔-D、行車檔-S、低速檔-L)、電池荷電狀態(tài)（SOC 0～100%）、電流（0～200A）、電壓（額定電壓288V）、水溫（0～120 ℃）、燃油（0～100L）、里程（0～30 000 km）。考慮到駕駛員不同習(xí)慣的需求，本綜合顯示儀共繪制了3幅預(yù)置畫面：指針式畫面、數(shù)值式畫面和動力傳輸示意圖畫面。在動力傳輸示意圖這個畫面里，系統(tǒng)將其中的小箭頭作為變化部分，通過程序?qū)π〖^進(jìn)行連續(xù)填充，達(dá)到動態(tài)跑動的效果。綜合顯示儀控制系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。
試驗(yàn)表明，該綜合顯示儀能按設(shè)計(jì)要求正常穩(wěn)定地顯示汽車運(yùn)行時的相關(guān)參數(shù)；能與預(yù)置畫面結(jié)合顯示；駕駛員可通過按鍵方便地切換顯示畫面。當(dāng)動力源以及動力傳遞方向發(fā)生改變時，動力傳輸示意圖里的箭頭運(yùn)動方向也跟著改變，非常直觀明確地顯示汽車動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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