專利名稱：一種混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力車的綜合儀表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
科學(xué)的進(jìn)步推動(dòng)著汽車儀表技術(shù)的進(jìn)步，隨著電子、光學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是
ECU性能的提高，目前在汽車儀表上主要使用的是ECU控制的全數(shù)字儀表。單片機(jī)作為電 子控制單元起著汽車儀表核心控制器的作用。如今，在傳統(tǒng)汽車中常見以指針式儀表為中心 的儀表臺(tái)，包含對(duì)一些基本行車參數(shù)的指示，如車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、里程表、燃油表、 水溫表、各種告警或警示燈等。由于對(duì)汽車環(huán)保、安全性、經(jīng)濟(jì)性、智能化等要求的提高， 汽車駕駛員需要更多、更迅速的了解汽車運(yùn)行中的各種信息，使得汽車電子儀表向數(shù)字化和 智能化方向發(fā)展，它需要顯示更多、更復(fù)雜的信息，成為汽車內(nèi)的"綜合信息顯示中心"。混 合動(dòng)力車就需要為駕駛員提供一種綜合儀表系統(tǒng)，具備較多的儀表功能，以滿足各種測(cè)量參 數(shù)的顯示需求。
然而，不同于傳統(tǒng)汽車，混合動(dòng)力車的動(dòng)力能量系統(tǒng)中除了發(fā)動(dòng)機(jī)外還包括有ISG電機(jī)、 動(dòng)力蓄電池、輪邊電機(jī)這些復(fù)雜的系統(tǒng)部件，這使得混合動(dòng)力車中的測(cè)量參數(shù)信息比傳統(tǒng)汽 車的要多。對(duì)于混合動(dòng)力車儀表而言，駕駛員需要對(duì)其整車能量系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并且能夠了解 動(dòng)力系統(tǒng)各部件在運(yùn)行過程中的故障情況等信息，所以混合動(dòng)力車的儀表系統(tǒng)不但需要保留 傳統(tǒng)汽車中常有的儀表功能，而且還需要提供反映動(dòng)力系統(tǒng)各主要部件狀態(tài)關(guān)系的整車能量 流和故障告警信息提示等顯示內(nèi)容，這使得混合動(dòng)力車的儀表系統(tǒng)需要顯示多種的、大量的 儀表信息，傳統(tǒng)汽車上常見的單一性質(zhì)的模擬指針式儀表難以滿足混合動(dòng)力車儀表系統(tǒng)的顯 示需求。因此，需要研究并設(shè)計(jì)出一種專門用于混合動(dòng)力車的綜合儀表系統(tǒng)，以滿足各種特 殊的儀表指示需要。
目前，我國的關(guān)于汽車儀表的發(fā)明專利都是僅僅基于傳統(tǒng)汽車的，這主要是因?yàn)榛旌蟿?dòng) 力車的研究在我國尚且處于探索發(fā)展階段，針對(duì)混合動(dòng)力車這一特殊應(yīng)用背景的儀表系統(tǒng)研 發(fā)還不夠成熟。
我國現(xiàn)有的專利技術(shù)中有一些是針對(duì)傳統(tǒng)汽車而研究設(shè)計(jì)的具有圖形化顯示功能的液晶 式儀表，例如中國專利200510107763.7"數(shù)字圖形化汽車儀表"，這個(gè)發(fā)明是采用了液晶屏作為儀表顯示設(shè)備，將汽車的各種參數(shù)以動(dòng)態(tài)圖形在顯示面板上顯示，能在顯示面板上同時(shí)顯 示汽車行駛速度、行駛里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油量、剎車信號(hào)、車外氣溫等參數(shù)，能在 一臺(tái)汽車儀表中同時(shí)提供多種顯示圖形。由于液晶顯示具備工作電壓低、工耗非常小、表體 薄、占用空間小、顯示面積大、示值清晰等突出優(yōu)點(diǎn)而被汽車儀表技術(shù)所大量的采用，又由 于在液晶屏上可以按照用戶的需要設(shè)計(jì)不同的顯示圖形，所以這可以使得汽車儀表的功能被 極大地拓寬，選擇合適的液晶屏后就可以將其應(yīng)用到需要顯示大量的多種信息的混合動(dòng)力車 儀表系統(tǒng)中。但是，這個(gè)專利是涉及傳統(tǒng)汽車參數(shù)的，顯示種類有限，不能顯示出混合動(dòng)力 車所特有的諸多儀表信息，如整車能量流等。
還有一些中國專利中采用了基于CAN總線的數(shù)字化組合儀表方式，具備液晶顯示能力， 也具備采用數(shù)字化控制方式的步進(jìn)電機(jī)指針式儀表。例如，200420054328.3"局域網(wǎng)總線的汽 車電子組合儀表的總成"，這個(gè)專利以單片機(jī)作為中央控制模塊，采用CAN總線通信的方式 獲取儀表參數(shù)信息，這可以克服以往汽車控制系統(tǒng)主要用多線束進(jìn)行通訊的諸多不足。其組 合儀表包括指示車速里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、水溫表和燃油量表的步進(jìn)電機(jī)式儀表，以及液 晶顯示器。在組合儀表中采用步進(jìn)電機(jī)式指針儀表盤，比較適合司機(jī)的傳統(tǒng)觀察習(xí)慣，便于 司機(jī)識(shí)別車速、轉(zhuǎn)速等值，響應(yīng)速度快，價(jià)格相對(duì)便宜，且便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。但是，這 個(gè)專利是針對(duì)傳統(tǒng)車的，倘若用于混合動(dòng)力車則會(huì)具有三個(gè)方面的明顯不足。 一方面，由于 傳統(tǒng)車不需要顯示太多信息，因此此專利所用的液晶顯示屏很小，而且是單色的，它只能顯 示少量的功能，如當(dāng)前時(shí)間、里程小計(jì)和累計(jì)，當(dāng)面對(duì)混合動(dòng)力車所需求的能量流監(jiān)測(cè)和故 障信息等眾多顯示參數(shù)和功能需求時(shí)則顯得顯示空間不足，并且缺少色彩的變換也不利于更 好的反映能量流監(jiān)測(cè)信息。另一方面，此專利采用的是CPU與液晶顯示屏直接相連接的方式， 即CPU有17根控制引腳連向液晶顯示屏，這占用了CPU過多的I/0控制引腳，浪費(fèi)了資源。 當(dāng)為了滿足混合動(dòng)力車顯示眾多內(nèi)容的需要而選擇更大的液晶器件時(shí)，若仍采用這種CPU與 液晶屏直連的控制方式，則需要占用更多的CPU控制引腳，例如控制5.7寸彩色液晶時(shí)，需 要占用CPU三十多根控制引腳。這樣將會(huì)對(duì)液晶器件的選擇造成限制，無法做到在不更改電 路的情況下直接更換其它不同的液晶器件，且對(duì)CPU的選擇要求提升會(huì)造成硬件成本的增 加。最后，在采用CPU直接控制彩色液晶屏的控制方式時(shí)，由于控制信^:多而使得程序控 制很不方便，不利于儀表功能的維護(hù)和改進(jìn)。
另外，目前已經(jīng)有一些混合動(dòng)力車在我國上市，例如最早在我國量產(chǎn)銷售的豐田普銳斯 車的儀表臺(tái)可以作為混合動(dòng)力車儀表系統(tǒng)的一個(gè)代表，它除了具備反映常規(guī)的車速、發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速等信息的步進(jìn)電機(jī)指針式儀表板外還包含一個(gè)用于動(dòng)力系統(tǒng)能量監(jiān)測(cè)目的的液晶顯示屏，有關(guān)混合動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息都可以ii過它來隨時(shí)查看。此液晶顯示屏可以演示出
車輛運(yùn)行時(shí)各動(dòng)力部件的工作情況和能量傳遞情況，各種表示能量流動(dòng)的有色箭頭在發(fā)動(dòng)機(jī)、 電動(dòng)機(jī)、蓄電池和車輪這些部件之間不斷變換。但是，與傳統(tǒng)車的儀表臺(tái)中通常提供有故障 狀態(tài)提示一樣，通常駕駛員也希望在這種混合動(dòng)力車的運(yùn)行過程中能夠及時(shí)的獲取動(dòng)力系統(tǒng) 的故障情況，而普銳斯車的液晶屏中缺少這方面的功能，這是很不方便的，駕駛員無法盡快 得知發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、蓄電池等部件的故障或告警信息。因此，倘若能增加故障告警提示內(nèi) 容的顯示則會(huì)使得液晶屏的能量監(jiān)測(cè)信息更加全面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種用于混合動(dòng)力車的綜合儀表系統(tǒng)，以達(dá) 到準(zhǔn)確、清晰、美觀、快速的儀表指示效果。
本發(fā)明的混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)包括彩色液晶屏多屏界面信息顯示方式和數(shù)字化步進(jìn) 電機(jī)式組合儀表方式。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是綜合儀表系統(tǒng)由儀表控制器、彩色液晶顯示終端和步進(jìn)電機(jī)
組合儀表板三部分組成。通過儀表控制器采集輸入的CAN總線消息，CAN總線中包含有各 種被測(cè)量參數(shù)的信息，儀表控制器解析出這些有用信息后，通過控制策略和算法輸出控制信 號(hào)分別控制彩色液晶顯示終端和步進(jìn)電機(jī)式組合儀表。對(duì)液晶顯示終端進(jìn)行整車能量監(jiān)測(cè)和 基本組合儀表兩種界面的信息顯示控制，在步進(jìn)電機(jī)組合儀表板中包含控制車速表、發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速表、燃油量表、水溫表這四路步進(jìn)電機(jī)指針式儀表。
本發(fā)明的混合動(dòng)力車綜合儀表控制器由一塊電路板實(shí)現(xiàn)，它以單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)的功 能有信號(hào)采集、控制運(yùn)算、信號(hào)輸出等。按照電路功能的不同，控制器集成了一些主要的電 路模塊，包括中央處理模塊、CAN消息收發(fā)模塊、串行通信模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源 電壓調(diào)整模塊、外部按鍵輸入模塊等。
本發(fā)明的儀表控制器上的中央處理模塊選用Microchip的單片機(jī)PIC18F258作為主控制 器，它是一款8位處理器，具備了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能所需的基本模塊，片內(nèi)資源可以得到充 分利用。它內(nèi)部自帶CAN控制器和CAN通訊接口 ，因此只需在電路板上外加CAN收發(fā)芯 片即可以較輕易的將系統(tǒng)掛接于車身CAN網(wǎng)絡(luò)上；內(nèi)置UART異步爭(zhēng)行通信模塊可方便通 過串行接口控制配置有串口的彩色液晶終端顯示器；具備22路I/O端口足以滿足輸出控制信 號(hào)以控制多路步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)要求。本發(fā)明的CAN消息收發(fā)模塊帶有高速CAN收發(fā)器 TJA1050，負(fù)責(zé)對(duì)CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 一旦有包含儀表測(cè)量信息的消息幀到來就將其接 收并送至單片機(jī)內(nèi)置的CAN控制器處理。本發(fā)明的串行通信模塊帶有MAX232芯片，具備單片機(jī)TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換功能，使撙控制彩色液晶終端的信號(hào)能夠合適的輸出出 去。本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊帶有VID66-06驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)將來自單片機(jī)的四路步進(jìn)電機(jī) 控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)以控制四路步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的電源電壓調(diào) 整模塊中帶有7805電壓穩(wěn)壓器，可以實(shí)現(xiàn)從外部輸入的+12V車載電池直流供電電壓到+5V 儀表控制器供電電壓的電平值調(diào)整轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的外部按鍵輸入模塊可以實(shí)現(xiàn)通過按鍵來切 換控制彩色液晶終端顯示兩種不同界面的儀表信息。
本發(fā)明可以控制5.7寸彩色液晶終端顯示整車能量監(jiān)測(cè)界面信息和基本組合儀表界面信 息。整車能量監(jiān)測(cè)界面中可以清晰的顯示出混合動(dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)的能量流向以及動(dòng)力系統(tǒng)各 部件的故障與報(bào)警提示信息以便于駕駛員準(zhǔn)確及時(shí)的掌握行車狀態(tài)?；窘M合儀表界面中采
用了模擬風(fēng)格顯示方式，用形象的指針式表盤模擬出車速、轉(zhuǎn)速信息，用柱形格的方式直觀 的表示出燃油量和水溫情況。綜合儀表系統(tǒng)控制的步進(jìn)電機(jī)式組合儀表板中安置有車速表、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、燃油量表和水溫表，每個(gè)儀表由內(nèi)置的步進(jìn)電機(jī)控制，由電機(jī)帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn) 指示測(cè)量信息。控制的這種步進(jìn)電機(jī)式組合儀表動(dòng)態(tài)運(yùn)行準(zhǔn)確、平穩(wěn)、快速、可靠，并且具 備上電回零功能。四路儀表的測(cè)量指示精度是車速表lkm/h,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表50rpm，燃油量 表1/255，水溫表l攝氏度。


圖1是整車能量監(jiān)測(cè)界面背景圖2是基本組合儀表界面背景圖;
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖4是本發(fā)明的中央處理模塊、電源電壓調(diào)整模塊和外部按鍵輸入模塊電路圖； 圖5是本發(fā)明的CAN消息收發(fā)模塊電路圖； 圖6是本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖； 圖7是本發(fā)明的串行通信模塊的電路圖； 圖8是本發(fā)明的儀表控制系統(tǒng)程序整體流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示是整車能量監(jiān)測(cè)界面背景圖，界面分為上面的混合動(dòng)力車整車能量流示意和下 面的故障及報(bào)警信息提示兩個(gè)部分。
整車能量流示意部分中列出了車的輪廓、發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、蓄電池、輪邊電機(jī)等部件， 以及蓄電池SOC狀態(tài)柱形條、電流值和電壓值顯示提示區(qū)。發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、蓄電池、輪 邊電機(jī)這四種主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)部件之間的能量流顯示是通過相應(yīng)的箭頭區(qū)域和連接桿區(qū)域顯示不同的狀態(tài)表示的，當(dāng)有能量流通過時(shí)則對(duì)應(yīng)的箭頭或連接桿區(qū)域顯示桔黃色，反之則顯示 底色或去除箭頭區(qū)域輪廓。界面中發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)都由連接桿與前輪相連接，輪邊電機(jī)由 連接桿與后輪連接，因?yàn)樗鼈兙邆潋?qū)動(dòng)車輛行駛的功能。這四種部件的不同的狀態(tài)決定了能 量流的流向，其中發(fā)動(dòng)機(jī)有驅(qū)動(dòng)前輪和停止運(yùn)行兩種狀態(tài)，而ISG電機(jī)、輪邊電機(jī)的三種不 同狀態(tài)則影響了蓄電池的工作狀態(tài)。當(dāng)ISG電機(jī)狀態(tài)為電動(dòng)前輪模式時(shí)，則蓄電池對(duì)ISG電 機(jī)發(fā)電；當(dāng)ISG電機(jī)狀態(tài)為發(fā)電模式時(shí)，則蓄電池被充電；當(dāng)ISG電機(jī)狀態(tài)為空轉(zhuǎn)模式時(shí)， 則蓄電池不被充電也不放電。輪邊電機(jī)與蓄電池的狀態(tài)關(guān)系與ISG電機(jī)的類似。當(dāng)圖中表示 的一種能量流發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)的箭頭區(qū)域和連接桿區(qū)域的顯示狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生改變。這 四種部件的不同狀態(tài)、關(guān)系與能量流顯示狀態(tài)的關(guān)系如表1所示。
表1動(dòng)力系統(tǒng)部件狀態(tài)與能量流顯示狀態(tài)的關(guān)系表
序 號(hào)部件的狀態(tài)部件與蓄電池關(guān)系能量流顯示
1發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn) 行無發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪不顯示
2發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前 輪無發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪顯示
3ISG電機(jī)空轉(zhuǎn) 模式蓄電池與ISG間無 發(fā)電或充電關(guān)系ISG驅(qū)動(dòng)前輪不顯示，ISG與 蓄電池間不顯示充放電
4ISG電機(jī)驅(qū)動(dòng) 前輪蓄電池對(duì)ISG發(fā)電ISG驅(qū)動(dòng)前輪顯示，蓄電池對(duì) ISG電機(jī)發(fā)電顯示
5ISG電機(jī)發(fā)電ISG對(duì)蓄電池充電ISG電動(dòng)驅(qū)動(dòng)前輪不顯示， ISG電機(jī)對(duì)蓄電池充電顯示
6輪邊電機(jī)空轉(zhuǎn) 模式蓄電池與輪邊電機(jī) 間無發(fā)電或充電關(guān)系輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪不顯示， 輪邊電機(jī)與蓄電池間不顯示充放 電
7輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng) 后輪蓄電池對(duì)輪邊電機(jī) 發(fā)電裕邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪顯示，蓄 電池對(duì)輪邊電機(jī)發(fā)電顯示
8輪邊電機(jī)發(fā)電輪邊電機(jī)對(duì)蓄電池 充電輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪不顯示， 輪邊電機(jī)對(duì)蓄電池充電顯示
發(fā)明中蓄電池狀態(tài)可由顯示soc、電流值、電壓值反映出來。其中's'oc為電池荷電狀態(tài)反映了電池的剩余電量百分比。電流顯示整數(shù)值，單位A，數(shù)據(jù)范圍是-600A^600A。電壓值 顯示整數(shù)值，單位V，數(shù)據(jù)范圍是0~1000V。 SOC狀態(tài)條和數(shù)值顯示范圍是0~100%， SOC 不同的取值范圍決定了狀態(tài)條的顏色和顯示長(zhǎng)度。當(dāng)SOC530。/。時(shí)，顯示黃色；當(dāng) 30%<30(:<80%時(shí)，顯示綠色；當(dāng)SOC^80e/。時(shí)，顯示紅色。黃色和紅色提示電池SOC過小 或過大，綠色表示正常。
故障及報(bào)警信息提示部分依次顯示蓄電池、ISG電機(jī)控制器、輪邊電機(jī)控制器1和輪邊 電機(jī)控制器2的運(yùn)行狀態(tài)和故障碼。運(yùn)行狀態(tài)顯示種類有白色的"正常"、紅色的"故障"、黃 色的"告警"、紅色的"故障告警"。故障碼所包含的信息可以對(duì)應(yīng)的反映出故障或警告狀態(tài)的 種類。在蓄電池運(yùn)行狀態(tài)顯示區(qū)域右邊顯示電池準(zhǔn)備狀態(tài)，顯示"ON"或者"OFF"。
圖2所示是基本組合儀表界面背景圖，這個(gè)顯示界面中反映出汽車的基本儀表測(cè)量信息， 包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、水溫、里程數(shù)。這些顯示的信息中運(yùn)用了模擬實(shí)物的顯示 風(fēng)格，效果美觀、形象、清晰，便于駕駛員識(shí)別需要的信息。設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表和車速表 用帶有指針的表盤儀表形式呈現(xiàn)，根據(jù)改變的指針位置提供指示值，這是模擬了傳統(tǒng)的指針 式儀表轉(zhuǎn)盤的顯示風(fēng)格。在界面右側(cè)，柱形格式燃油量表和水溫表是以矩形格內(nèi)區(qū)域填充或 清除的方式反映數(shù)值的高低，這樣的表達(dá)效果比較直觀。界面還具備兩個(gè)矩形框顯示數(shù)字式 車速值和里程公里數(shù)，使駕駛者可以掌握具體化的車輛運(yùn)行基本信息。
圖3所示是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明由儀表控制器、步進(jìn)電機(jī)組合儀表板、彩色液 晶顯示終端三部分組成。步進(jìn)電機(jī)組合儀表板上有16線信號(hào)輸入接口，每四線為一組分別連 接至四個(gè)步進(jìn)電機(jī)，由這四個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)四種儀表指針旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來自于 儀表控制器的16線輸出接口 。使用DWIN公司的DMT32240S彩色液晶顯示終端作為液晶顯 示設(shè)備，其RS232串口用于接收控制指令，采用車載12V直流電源對(duì)其供電。
儀表控制器由中央處理模塊、CAN消息收發(fā)模塊、串行通信模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、 電源電壓調(diào)整模塊、外部按鍵輸入模塊構(gòu)成。如圖3所示，中央處理模塊采用PIC18F258單 片機(jī)；CAN消息收發(fā)模塊接收來自CAN總線接口的CAN消息，連接到中央處理模塊的CAN 端口；串行通信模塊連接單片機(jī)的串口和彩色液晶顯示終端的數(shù)據(jù)接收串口步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊的輸入端與單片機(jī)的I/0口相連，輸出端與16線接插件相連；電源電壓調(diào)整模塊將輸入 的12V車載直流電源轉(zhuǎn)換為5V電源為單片機(jī)等用電芯片供電。外部按鍵輸入模塊與單片機(jī) 的一個(gè)I/0 口連接以控制輸出高低電平。
圖4所示是中央處理模塊、電源電壓調(diào)整模塊和外部按鍵輸入模塊的電路原理圖。中央 處理模塊單片機(jī)U3為本發(fā)明系統(tǒng)的主控制芯片PIC18F258。中央處理模塊單片機(jī)U3的23、24引腳分別為CAN通訊的CANTX、 CANRX端，其引腳23連接到CAN消息收發(fā)模塊U4 的引腳l，其引腳24連接到U4的引腳4。中央處理模塊單片機(jī)U3通過U3的數(shù)字量I/0端 口控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7即芯片VID66-06以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)A、 B、 C、 D的旋轉(zhuǎn)。中央處 理模塊單片機(jī)U3的引腳21接U7的FA端口即引腳28， U3的引腳22接U7的CWA端口即 引腳27，U3的引腳25接U7的FB端口即引腳3，U3的引腳25接U7的CWB端口即引腳2， U3的引腳11接U7的FC端口即引腳14， U3的引腳12接U7的CWC端口即腳13， U3的 引腳14接U7的FD端口即引腳17， U3的引腳15接U7的CWD端口即引腳16。單片機(jī)U3 的引腳16連接到U7的26引腳，即RESET端口復(fù)位鍵。單片機(jī)U3的17引腳作為UART 異步串行通訊的TX端，18引腳作為RX端，以串行通信的方式傳輸數(shù)據(jù)。U3的引腳17連 接串行通信模塊U6的引腳10， U3的引腳18連接U6的引腳9。單片機(jī)U3的引腳1是VPP 端，連接到接插件J6的引腳1， U3的引腳27是PGC端，連接到J6的引腳5， U3的引腳28 是PGD端，連接到J6的引腳4。 U3的VPP、 PGC和PGD端口用作單片機(jī)的編程調(diào)試口。 單片機(jī)U3的9、 10引腳之間連接晶振XT1，引腳9通過電容C18接地，引腳10通過電容 C19接地。電源電壓調(diào)整模塊VR1的電平轉(zhuǎn)換芯片為7805，電源電壓調(diào)整模塊VR1的VBAT 端為通過接插件Jl第4引腳引入的+12V直流電源正端，Jl的第3引腳引入電源地，VBAT 來的電源正端電壓通過二極管Dl、熔斷絲Fl、濾波電感Ll后輸入電源電壓調(diào)整模塊VR1 的引腳1，電源電壓調(diào)整模塊VR1的引腳1通過穩(wěn)壓二極管D2、電解電容C3、電容C5接 地。電源電壓調(diào)整模塊VR1的引腳2接地，引腳3輸出端通過連接電解電容C7和C9后接 地，弓l腳3輸出的是+5V的穩(wěn)定電壓。此+5V電壓依次接電阻R29和R30后接到編程端口 VPP，電阻R29和R30之間通過電容C18接地。經(jīng)電源電壓調(diào)整模塊VR1輸出的+5V電壓 連接到單片機(jī)U3的第20引腳即VDD端，單片機(jī)U3的20腳通過電容C20接地，U3的引 腳8和19接地。電源電壓調(diào)整模塊VR1還為VID66-06芯片、MAX232芯片和TJA1050芯 片供電。單片機(jī)U3通過引腳6與外部按鍵輸入模塊相連，模塊中使用按鍵開關(guān)KEY,開關(guān) KEY—端由電阻R65連到+5V電源，另一端由電阻R31接地。
圖5所示是CAN消息收發(fā)模塊電路。如圖5所示，CAN消息收發(fā)模塊U4采用TJA1050， 它是一種標(biāo)準(zhǔn)的高速CAN收發(fā)器。TJA1050可以為CAN總線提供差動(dòng)發(fā)送和接收性能。CAN 消息收發(fā)模塊U4的引腳1與單片機(jī)U3的CANTX端口即引腳23連接，CAN消息收發(fā)模塊 U4的引腳4與U3的CANRX端口即引腳24連接；CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳8通過電 阻R37接地，CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳3接+5V電源，并通過電容C21接地，CAN消 息收發(fā)模塊U4的引腳2接地；CAN消息收發(fā)模塊1X4的引腳6、' 7是CANL和CANH端口 ，直接通過接插件J4的2、 7引腳掛接于車內(nèi)CAN網(wǎng)絡(luò)。
圖6所示是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路，采用的芯片U7是VID66-06,具備驅(qū)動(dòng)四路VID29 系列步進(jìn)電機(jī)的功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳28是FA控制信號(hào)輸入端口，引腳27是 CWA控制信號(hào)輸入端口、引腳3是FB控制信號(hào)輸入端口、引腳2是CWB控制信號(hào)輸入端 口、引腳14是FC控制信號(hào)輸入端口、引腳13是CWC控制信號(hào)輸入端口、引腳17是FD 控制信號(hào)輸入端口、引腳16是CWD控制信號(hào)輸入端口，上述控制信號(hào)輸入端口用于接收來 自中央處理模塊單片機(jī)U3相應(yīng)引腳的控制信號(hào)，以控制A、 B、 C、 D四路步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳28接電阻R52，弓I腳27接電阻R53，引腳3接電阻R54,引腳2接 電阻R55，引腳14接電阻R56，引腳13接電阻R57，引腳17接電阻R58，引腳16接電阻 R59,電阻R52、 R53、 R54、 R55、 R56、 R57、 R58、 R59共地；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引 腳7連接接插件J3的腳9， U7的引腳6連接J3的引腳10， U7的引腳5連接J3的引腳11 ， U7的引腳22連接J3的引腳12， U7的引腳23連接J3的引腳5， U7的引腳25連接J3的引 腳6， U7的引腳24連接J3的引腳7， U7的引腳21連接J3的引腳8， U7的腳20連接J3的 腳l, U7的引腳18連接J3的引腳2， U7的引腳19連接J3的引腳3， U7的引腳8連接J3 的引腳4， U7的引腳8連接J3的引腳13， U7的引腳9連接J3的引腳14， U7的引腳11連 接J3的引腳15， U7的引腳10連接J3的引腳16。
圖7所示是串行通信模塊的電路，使用的芯片U6是MAX232，串行通信模塊U6的RX 端引腳9連接中央處理模塊單片機(jī)U3的18腳，串行通信模塊U6的TX端引腳10連接中央 處理模塊單片機(jī)U3的17腳，通過TX端將中央處理模塊單片機(jī)U3的串行通信控制指令發(fā) 送給液晶終端；串行通信模塊U6的TXO端引腳7連接到接插件J2的腳3，串行通信模塊 U6的RXI端引腳8連接接插件J3的引腳2，接插件J2的引腳5接地，接插件J2采用DB9 標(biāo)準(zhǔn)串口與彩色液晶屏的串行通信數(shù)據(jù)接口相連接；串行通信模塊U6的引腳1和引腳3之 間連電容C41，弓I腳4和引腳5之間連電容C42，引腳16接電源，弓l腳16與引腳2間連電 容C44，弓|腳16通過電容C45接地，引腳15接地，引腳6通過電容C43接地。
本發(fā)明的工作過程如下將接插件J4接好后，本發(fā)明即連接上了車內(nèi)CAN總線，接好 接插件J2，使得儀表控制器可以通過串口與液晶顯示終端接通4接上接插件J3，將儀表控制 器上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接到步進(jìn)電機(jī)組合儀表板，通過接插件J1，引入車載電池12V電源， 經(jīng)過電源電壓調(diào)整模塊后，為整個(gè)儀表控制器供電，液晶顯示終端也用車載電池供電。本發(fā) 明一上電，中央處理模塊的單片機(jī)U3即初始化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的各個(gè)IO口，初始化串行 通信模塊，啟動(dòng)儀表指針上電回零的初始化操作，初始化CAN通信徵決。當(dāng)CAN通信模塊中的收發(fā)器通過J4接口檢測(cè)接收到CAN總線上的消息后，經(jīng)過U4的引腳4將信息傳送到 單片機(jī)U3的對(duì)應(yīng)腳24，單片機(jī)對(duì)CAN消息內(nèi)容進(jìn)行解析得出有用的儀表信息，使用者通過 操作按鍵輸入模塊的KEY按鍵表達(dá)想要由液晶顯示終端顯示整車能量監(jiān)測(cè)界面信息或是基 本組合儀表界面信息。單片機(jī)進(jìn)行控制算法處理后，采用串行通信協(xié)議將液晶屏信息顯示指 令經(jīng)串口引腳17和串行通信模塊發(fā)送到液晶顯示終端的串口上，液晶屏隨機(jī)顯示出當(dāng)前CAN 總線信息中的儀表狀態(tài)信息，隨后單片機(jī)經(jīng)過控制算法處理后將四個(gè)步進(jìn)電機(jī)式儀表的控制 指令經(jīng)過16線J3接口發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)組合儀表板，四個(gè)步進(jìn)電機(jī)式儀表指針便開始依次跟 蹤指示出當(dāng)前CAN總線所反映的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量和水溫的信息結(jié)果。本發(fā)明不斷 的以中斷方式對(duì)CAN總線信息進(jìn)行采集檢測(cè)，然后工作在如此的"控制信號(hào)處理——控制液 晶屏顯示——控制步進(jìn)電機(jī)式儀表"的循環(huán)中，直到斷電。
圖8為本發(fā)明儀表控制系統(tǒng)程序的整體流程圖。如圖8左面部分所示，本發(fā)明上電以后， 儀表控制程序即開始運(yùn)行，中央處理模塊首先對(duì)異步串行通信模塊初始化，然后對(duì)控制步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)字量I/O端口初始化，輸出控制指令使得四個(gè)步進(jìn)電機(jī)指針回零以到達(dá)運(yùn) 行前的初始位置，然后初始化CAN通信模塊并啟動(dòng)CAN消息監(jiān)測(cè)接收功能，接下來程序進(jìn) 入綜合儀表的控制循環(huán)。在此控制循環(huán)中，不斷的對(duì)CAN總線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到車內(nèi)總線 上有新的CAN消息時(shí)，程序被中斷，開始執(zhí)行CAN中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序的流程如 圖8右邊所示。首先通過查詢CAN中斷標(biāo)志位來確定是來自CAN模塊的中斷,然后通過CAN 幀的ID判斷出是哪種幀，依據(jù)混合動(dòng)力車的CAN總線通信協(xié)議將更新的儀表信息解析出來， 進(jìn)一步配置中斷標(biāo)志位等狀態(tài)，結(jié)束CAN中斷服務(wù)程序。在儀表控制循環(huán)中，首先判斷外部 按鍵輸入狀態(tài)以確定顯示哪種界面信息，然后程序按照一定的控制流程顯示相應(yīng)的界面信息。 下一步，程序?qū)?duì)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量和水溫測(cè)量參數(shù)信息進(jìn)行處理，比較出前后兩 次CAN消息測(cè)量信息的變化量，依次輸出四組轉(zhuǎn)向和脈沖微步控制信號(hào)，使得四個(gè)步進(jìn)電機(jī) 帶動(dòng)指針準(zhǔn)確快速的指示到當(dāng)前的測(cè)量狀態(tài)的表盤位置。通過按鍵可以控制對(duì)液晶屏顯示界 面進(jìn)行切換。
本發(fā)明在混合動(dòng)力車上實(shí)現(xiàn)了綜合儀表系統(tǒng)，針對(duì)混合動(dòng)力車的狀態(tài)信息特點(diǎn)，儀表系 統(tǒng)不但可以控制彩色液晶終端顯示多種信息量，而且可.以控制數(shù)字化步進(jìn)電機(jī)式組合儀表。 本發(fā)明具有功能多、規(guī)模小、成本低的特點(diǎn)。隨著我國對(duì)混合動(dòng)力車研究的進(jìn)一步深入，對(duì) 混合動(dòng)力車用儀表系統(tǒng)的研究和開發(fā)應(yīng)用將會(huì)得到更大的發(fā)展，本發(fā)明可以滿足這一需求。
權(quán)利要求
1、一種混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括儀表控制器、彩色液晶顯示終端和步進(jìn)電機(jī)組合儀表板；儀表控制器包括中央處理模塊、CAN消息收發(fā)模塊、串行通信模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電壓調(diào)整模塊、外部按鍵輸入模塊；CAN消息收發(fā)模塊接收來自CAN總線接口的CAN消息，連接到中央處理模塊單片機(jī)的CAN端口；串行通信模塊連接單片機(jī)的串口和彩色液晶顯示終端的數(shù)據(jù)接收串口；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與單片機(jī)的I/O口相連，輸出端與16線接插件相連；電源電壓調(diào)整模塊將輸入的12V車載直流電源轉(zhuǎn)換為5V電源；外部按鍵輸入模塊與單片機(jī)的一個(gè)I/O口連接以控制輸出高低電平。
2、 按照權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，其特征在于中央處理模塊單片機(jī) U3的23、 24引腳分別為CAN通訊的CANTX、 CANRX端，中央處理模塊單片機(jī)U3的引 腳23連接到CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳1，引腳24連接到CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳 4;中央處理模塊單片機(jī)U3通過中央處理模塊單片機(jī)U3的數(shù)字量I/O端口控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊U7，控制電機(jī)A、 B、 C、 D的旋轉(zhuǎn)；中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳21接步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊U7的FA端口即腳28，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳22接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7 的CWA端口即引腳27，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳25接歩進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的FB 端口即引腳3 ，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳25接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的CWB端口即引 腳2,中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳11接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的FC端口即引腳14,中央 處理模塊單片機(jī)U3的引腳12接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的CWC端口即引腳13,中央處理模 塊單片機(jī)U3的引腳14接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的FD端口即引腳17,中央處理模塊單片機(jī) U3的引腳15接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的CWD端口即引腳16;中央處理模塊單片機(jī)U3的引 腳16連接到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的26引腳，即RESET端口復(fù)位鍵；中央處理模塊單片機(jī) U3的17引腳作為UART異步串行通訊的TX端，18引腳作為RX端，以串行通信的方式傳 輸數(shù)據(jù)；中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳17連接串行通信模塊U6的引腳10，中央處理模塊 單片機(jī)U3的引腳18連接串行通信模塊U6的引腳9;中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳1是 VPP端，連接到接插件J6的引腳1，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳27是PGC端，連接到 接插件J6的引腳5，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳28是PGD端，連接到接插件J6的引腳 4;中央處理模塊單片機(jī)U3的VPP、 PGC和PGD端口用作單片機(jī)的編程調(diào)試口；中央處理 模塊單片機(jī)U3的9、 IO引腳之間連接晶振XTI，引腳9通過電容C18接地，引腳10通過電 容C19接地；電源電壓調(diào)整模塊VR1的VBAT端為通過接插件Jl第4引腳引入的+12V直流電源正端，接插件Jl的第3引腳引入電源地，從Jl引腳4來的電源正端電壓通過二極管 Dl、熔斷絲Fl、濾波電感Ll后接到電源電壓調(diào)整模塊VR1的引腳1，電源電壓調(diào)整模塊 VR1的引腳1通過穩(wěn)壓二極管D2、電解電容C3、電容C5接地。電源電壓調(diào)整模塊VR1的 引腳2接地，引腳3輸出端通過連接電解電容C7和C9后接地，弓I腳3輸出的+5V電壓接串 聯(lián)電阻R29和R30后接到編程端口 VPP，電阻R29和R30之間通過電容C18接地；經(jīng)電源 電壓調(diào)整模塊VR1輸出的+5V電壓連接到單片機(jī)U3的第20引腳，艮卩VDD端，中央處理模 塊單片機(jī)U3的20腳通過電容C20接地，中央處理模塊單片機(jī)U3的引腳8和19接地；中央 處理模塊單片機(jī)U3通過引腳6與外部按鍵輸入模塊相連，外部按鍵輸入模塊中的按鍵開關(guān) KEY， 一端由電阻R65連到+5V電源，另一端由電阻R31接地。
3、 按照權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，其特征在于CAN消息收發(fā)模塊U4 的引腳1與中央處理模塊單片機(jī)U3的CANTX端口即引腳23連接，CAN消息收發(fā)模塊U4 的引腳4與中央處理模塊單片機(jī)U3的CANRX端口即引腳24連接；CAN消息收發(fā)模塊U4 的引腳8通過電阻R37接地，CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳3接+5V電源，并通過電容C21 接地，CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳2接地；CAN消息收發(fā)模塊U4的引腳6和引腳7通過 接插件J4的引腳2和引腳7掛接于車內(nèi)CAN網(wǎng)絡(luò)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，其特征在于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7 的引腳28是FA控制信號(hào)輸入端口，引腳27是CWA控制信號(hào)輸入端口，弓l腳3是FB控制 信號(hào)輸入端口，引腳2是CWB控制信號(hào)輸入端口，引腳14是FC控制信號(hào)輸入端口，弓l腳 13是CWC控制信號(hào)輸入端口，引腳17是FD控制信號(hào)輸入端口，引腳16是CWD控制信 號(hào)輸入端口；上述控制信號(hào)輸入端口用于接收來自中央處理模塊單片機(jī)U3相應(yīng)引腳的控制 信號(hào)以控制A、 B、 C、 D四路步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳28接電阻R52，引腳 27接電阻R53，引腳3接電阻R54，引腳2接電阻R55,引腳14接電阻R56，引腳13接電 阻R57,引腳17接電阻R58,引腳16接電阻R59，電阻R52、 R53、 R54、 R55、 R56、 R57、 R58、 R59共地；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳7連接接插件J3的腳9，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 U7的引腳6連接接插件J3的引腳10，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳5連接接插件J3的引腳 11，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳22連接接插件J3的引腳12,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳 23連接接插件J3的引腳5， U7的引腳25連接J3的引腳6， U7的引腳24連接J3的引腳7， U7的引腳21連接J3的引腳8， U7的腳20連接J3的腳1， U7的引腳18連接J3的引腳2， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳19連接接插件J3的引腳3，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳8連 接接插件J3的引腳4，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳8連接接插件J3的引腳13，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳9連接接插件J3的引腳14，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳11連接接插件 J3的引腳15，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊U7的引腳IO連接接插件J3的引腳16。
5、按照權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，其特征在于串行通信模塊U6的RX 端引腳9連接中央處理模塊單片機(jī)U3的18腳，串行通信模塊U6的TX端引腳10連接中央 處理模塊單片機(jī)U3的17腳，通過TX端將中央處理模塊單片機(jī)U3的串行通信控制指令發(fā) 送給液晶終端；串行通信模塊U6的TXO端引腳7連接到接插件J2的引腳3，串行通信模塊 U6的RXI端引腳8連接接插件J3的引腳2，接插件J2的引腳5接地，接插件J2采用DB9 標(biāo)準(zhǔn)串口與彩色液晶屏的串行通信數(shù)據(jù)接口相連接；串行通信模塊U6的引腳1和引腳3之 間連電容C41，弓I腳4和引腳5之間連電容C42,引腳16接電源，弓l腳16與引腳2間連電 容C44，引腳16通過電容C45接地，引腳15接地，引腳6通過電容C43接地。
全文摘要
一種混合動(dòng)力車綜合儀表系統(tǒng)，包括儀表控制器、液晶顯示終端和步進(jìn)電機(jī)式儀表板。儀表控制器包括中央處理模塊、CAN消息收發(fā)模塊、串行通信模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電壓調(diào)整模塊、外部按鍵輸入模塊。CAN消息收發(fā)模塊接收來自CAN總線接口的CAN消息，連接到中央處理模塊即單片機(jī)的CAN端口；串行通信模塊連接單片機(jī)的串口和彩色液晶顯示終端的數(shù)據(jù)接收串口；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與單片機(jī)的I/O口相連，輸出端與16線接插件相連；電源電壓調(diào)整模塊將輸入的12V車載直流電源轉(zhuǎn)換為5V電源為單片機(jī)等用電芯片供電；外部按鍵輸入模塊與單片機(jī)的一個(gè)I/O口連接以控制輸出高低電平。本發(fā)明具有功能多、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60R16/02GK101318473SQ20081011228
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者廖承林, 張志剛, 健 楊, 王麗芳, 天 藍(lán) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所