嵌入式車載數(shù)字儀表的設計

摘    要

隨著汽車電子技術的不斷發(fā)展，汽車儀表上顯示的信息量不斷增加，傳統(tǒng)的組合式儀表已無法滿足使用的需要，以嵌入式微處理器為核心的數(shù)字化儀表將是汽車儀表發(fā)展的必然方向。
本文立足于嵌入式技術、虛擬儀器技術和現(xiàn)場總線技術，運用嵌入式計算機PC/104作為系統(tǒng)的核心處理單元，綜合分析、處理、顯示各種車況信息，并通過CAN總線與下位機進行通信，從而完成相應的功能。
設計并實現(xiàn)了汽車行駛中各狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)采集。主要包括三類：水溫、機油油溫和燃油油量等6路模擬量；車燈、車門、空調開關等8路常用開關量；車速、發(fā)動機轉速等脈沖量。
設計并實現(xiàn)了基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機設計。將CAN總線引入到汽車儀表的設計中，實現(xiàn)車況信息的傳輸，不僅是為了適應汽車惡劣的工作環(huán)境，更主要的是為了能夠與汽車上其它的網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)信息共享。
設計并實現(xiàn)了基于嵌入式PC/104的虛擬儀表的上位機設計。采用嵌入式PC/104計算機作為上位機的核心處理單元，為方便駕駛員的使用而采用了觸摸屏控制方式，編寫了車況信息捕獲、處理、存儲與顯示程序，將各種車況信息，以虛擬儀表的形式在終端顯示，并且對采集的眾多參量進行存儲，以便于車輛的科學管理和交通事故的調查。
嵌入式車載數(shù)字儀表是對汽車儀表數(shù)字化和多信息綜合顯示的一個有益嘗試，離最后的實用化和產(chǎn)品化還待進一步研究。

關鍵詞：嵌入式，數(shù)字儀表，PC/104，CAN總線

ABSTRACT

With the development of the automobile-electron technology, the information displayed on the instrument is increased continuously so that the traditional mechanical assembled instrument can’t meet the people’s need. The digital instrument based on embedded microprocessor is the necessary trend of the on-board instrument.
The thesis is based on embedded technology, virtual instrument technology and field-bus technology. The embedded computer PC/104 is designed to the core processing unit to analyze, process and display the automobile information synthetically, and communicate with the lower computer through the CAN-bus to complete relevant function.
The acquisition of the automobile information in working state has been designed and realized. The information includes three types: six analog signals, such as water temperature, engine oil temperature and fuel quantity; eight switching signals, such as the light, the door, etc; two impulse signals, such as the car speed and the rotate speed of engine.
The data acquisition system lower computer based on CAN-bus technology has been designed and realized. The CAN-bus technology is taken in this system for data transmitting, not only for adapting to badly working circumstance better, but also for sharing the information with other net of the automobile.
The virtual instrument upper computer base on PC/104 embedded computer has been designed and realized. Take the embedded computer PC/104 as the core processing unit of upper computer, and the touching screen as the controlling manner for better using. The data acquisition, processing, storing and displaying program have been written. The automobile working information is displayed on the displaying terminal and is stored so as to investigate after traffic accident, and to manage the vehicle scientifically.
The design of on-board digital instrument based on embedded technology is only an attempt for auto instrument’s digitization and the multi-information synthetic display. However, there still have many things to do before application.

Key words： embedded, digital instrument, PC/104, CAN-bus

目   錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
  1.1 論文的主要任務 1
  1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述 1
  1.3 論文研究的意義 2
  1.4 本文研究的主要內(nèi)容 3
 2系統(tǒng)總體方案設計 4
2.1 系統(tǒng)的主要功能 4
2.2 系統(tǒng)總體方案設計原則 4
2.3 系統(tǒng)總體方案 5
2.4 關鍵技術分析 6
2.5 小結 7
 3系統(tǒng)信號采集測量模塊設計 8
3.1 信號采集測量模塊總體設計 8
3.2 模擬量測量模塊設計 8
 3.2.1 水溫傳感器的選擇及其信號處理電路 8
 3.2.2 機油油溫傳感器的選擇及其信號處理電路 9
 3.2.3 燃油油量傳感器的選擇及其信號處理電路 9
 3.2.4 機油油壓傳感器的選擇及其信號處理電路 10
 3.2.5 制動系油壓傳感器的選擇及其信號處理電路 11
 3.2.6 蓄電池電壓傳感器的選擇及其信號處理電路 11
3.3 開關量測量模塊設計 12
3.4 脈沖量測量模塊設計 13
 3.4.1 車速傳感器的選擇及其信號處理電路 13
 3.4.2 發(fā)動機轉速傳感器的選擇及其信號處理電路 13
3.5 小結 14
 4系統(tǒng)硬件模塊設計 15
4.1 下位機硬件總體設計 15
4.2 CAN總線簡介 15
 4.2.1 CAN總線的概念 15
 4.2.2 CAN總線的特點 16
 4.2.3 CAN總線的位數(shù)值表示方法與傳輸距離 16
4.3 微控制器P87C591 17
 4.3.1 P87C591特性 17
 4.3.2 CAN控制器 19
4.4 CAN收發(fā)器PCA82C250 20
4.5 定時/計數(shù)器8254 21
4.6 A/D參考電壓電路 22
4.7 復位和時鐘電路 23
4.8 CAN總線通信模塊設計 23
4.9 電源模塊設計 24
 4.9.1 正電源模塊設計 24
 4.9.2 負電源模塊設計 25
4.10 上位機硬件設計 26
 4.10.1 上位機硬件總體設計 26
 4.10.2 PC/104簡介 26
 4.10.3 硬件模塊的選擇 26
4.11 小結 28
 5系統(tǒng)軟件模塊設計 29
5.1 下位機軟件設計 29
 5.1.1 下位機軟件總體設計 29
 5.1.2 下位機主程序設計 29
 5.1.3 下位機各功能模塊程序設計 30
5.2 上位機軟件設計 32
 5.2.1 Windows CE簡介 32
 5.2.2 虛擬儀器技術 32
 5.2.3 軟件開發(fā)環(huán)境 33
 5.2.4 上位機軟件總體設計 34
 5.2.5 信息捕獲模塊程序設計 34
 5.2.6 信息處理模塊程序設計 35
 5.2.7 信息存儲模塊程序設計 37
 5.2.8 信息顯示模塊程序設計 37
5.3 小結 38
 6系統(tǒng)抗干擾分析與設計 39
6.1 系統(tǒng)干擾分析與對策 39
6.2 硬件抗干擾設計 40
 6.2.1 電源的抗干擾設計 40
 6.2.2 長線傳輸?shù)目垢蓴_設計 40
 6.2.3 印刷電路板的抗干擾設計 40
6.3 軟件抗干擾設計 41
 6.3.1 數(shù)字濾波法 41
 6.3.2 軟件運行失常的抗干擾設計 41
6.4 小結 42
 7總結 43
參考文獻 44
附錄A：部分程序清單 45