專利名稱：一種電動汽車嵌入式智能儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種儀表，特別是一種電動汽車嵌入式智能儀表，該儀表實現(xiàn)了電動汽車在行駛過程中的車輛數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、顯示功能，同時利用智能儀表的歷史數(shù)據(jù)曲線功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取與再現(xiàn)。提高了電動汽車監(jiān)測數(shù)據(jù)的可讀性，實現(xiàn)了汽車儀表的智能化、信息化和數(shù)字化，提高了車輛舒適性、可靠性與安全性。
背景技術(shù)：
汽車在推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人們生活水平的同時，也帶來了能源短缺和環(huán)境污染等方面的問題。新能源汽車是解決這些問題最有效的途徑。其中，電動汽車使用單一能源， 而且控制方式簡單，因此電動汽車已經(jīng)成為新能源汽車方面的主要研究方向。由于電動汽車的結(jié)構(gòu)特點、能源方式及控制方式與普通汽車有很大的不同，傳統(tǒng)的汽車儀表難以滿足純電動汽車的需求，因此針對電動汽車的特殊性，研究設(shè)計適用于電動汽車的儀表是十分必要的。普通機(jī)械與電子儀表存在可靠性不高、包含信息量少、智能化程度低等缺點，智能儀表卻能很好地解決了傳統(tǒng)儀表存在的這些問題，因此，智能儀表已成為未來汽車儀表的發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有儀表存在的缺陷和不足，本實用新型的目的在于，提供一種電動汽車嵌入式智能儀表，能夠?qū)崟r顯示監(jiān)測車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、蓄電池S0C、續(xù)駛里程、加速踏板開度、制動踏板開度、電機(jī)端電壓、電機(jī)電流、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池溫度等車況參數(shù)，能夠查看電機(jī)電壓與電機(jī)電流歷史曲線，實現(xiàn)了車輛運行信息的圖形化和數(shù)字化顯示， 并具有數(shù)據(jù)存儲再現(xiàn)功能。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種電動汽車嵌入式智能儀表，包括嵌入在汽車儀表盤的顯示單元和智能儀表電路，顯示單元和智能儀表電路通過液晶控制器相連，其特征在于，所述的智能儀表電路至少包括有嵌入式處理器，該嵌入式處理器上連接有時鐘及復(fù)位電路、程序存儲器、看門狗電路、觸摸屏控制單元、串行接口、數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展接口和CAN總線接口，其中，CAN總線接口通過CAN總線和CAN接口與電子控制單元相連，電子控制單元連接模擬量、開關(guān)量單元。本實用新型的其它特點是所述的嵌入式處理器選擇miniM40開發(fā)板。程序存儲器內(nèi)安裝有WinCE操作系統(tǒng)和MCGS組態(tài)軟件。所述的顯示單元選用嵌入式一體化工控機(jī)TCP7062K。所述的電子控制單元選用MC9S12DG128B單片機(jī)。本實用新型的電動汽車嵌入式智能儀表具有以下優(yōu)點(1)采用WinCE操作系統(tǒng)和MCGS組態(tài)軟件電動汽車嵌入式開發(fā)智能儀表，開發(fā)方法簡單，開發(fā)周期短，開發(fā)風(fēng)險??；[0013](2)顯示單元使用了觸摸屏，使得操作人員可以通過觸摸屏與智能儀表進(jìn)行交互， 既符合傳統(tǒng)汽車駕車人員的習(xí)慣，又利用了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)勢，使汽車儀表具有多功能、 智能化和操作使用簡便的特點。(3)MCGS中集成了大量函數(shù)，能夠滿足智能儀表對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理和監(jiān)測的需要。(4)可以對車輛的參數(shù)信息進(jìn)行曲線顯示和信息存儲，有利于對車輛的運行狀況進(jìn)行進(jìn)一步的分析。(5)電子控制單元選用freescale公司生產(chǎn)的MC9S12DG128B單片機(jī)，在車用單片機(jī)控制領(lǐng)域的市場占有份額較大，產(chǎn)品質(zhì)量相對較好，采購更換容易方便。(6)運行穩(wěn)定，安全可靠。(7)功能易于擴(kuò)展。

圖1是本實用新型的電動汽車嵌入式智能儀表硬件總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)框圖；圖2是智能儀表CAN接口硬件電路圖；圖3是單片機(jī)MC9S12DGU8管腳圖；圖4是電動汽車智能儀表顯示單元主界面；圖5是電動汽車智能儀表故障自檢界面；圖6是電動汽車智能儀表能量回收界面；圖7是電動汽車智能儀表動態(tài)監(jiān)視界面；圖8是電動汽車智能儀表電機(jī)電流實時數(shù)據(jù)曲線界面；圖9是電動汽車智能儀表電機(jī)電流歷史曲線界面。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的電動汽車嵌入式智能儀表，包括嵌入在汽車儀表盤的顯示單元和智能儀表電路，顯示單元和智能儀表電路通過液晶控制器相連，智能儀表電路至少包括有嵌入式處理器，該嵌入式處理器上連接有時鐘及復(fù)位電路、程序存儲器、看門狗電路、觸摸屏控制單元、串行接口、數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展接口和CAN總線接口，其中，CAN總線接口通過CAN總線和CAN接口與電子控制單元相連，電子控制單元連接模擬量、開關(guān)量單元。本實用新型采用CAN總線技術(shù)，其通信過程遵循Modbus通訊協(xié)議，采用CRC冗余校驗對收發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性檢驗?？筛鶕?jù)需要將存儲的車輛運行參數(shù)以dat格式的文件寫入顯示單元自帶的HARDDISH中，并通過儀表的USB接口將該文件傳送至移動硬盤。同時， 可利用顯示單元對單片機(jī)反向控制，實現(xiàn)人機(jī)交互功能。1、硬件設(shè)計電動汽車嵌入式智能儀表的硬件主要包括汽車儀表盤的顯示單元和智能儀表電路，智能儀表電路至少包括有嵌入式處理器、存儲器、液晶顯示器、通信接口和外圍設(shè)備等。 將智能儀表電路計成CAN網(wǎng)絡(luò)上的智能節(jié)點，通過CAN接口接收電子控制單元發(fā)來的車速、 電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電量、續(xù)駛里程及其它車況信息，并進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，處理的結(jié)果由液晶顯示器進(jìn)行顯示，同時嵌入式處理器將駕駛員對液晶顯示屏的操作處理成命令通過CAN 總線傳遞給電子控制單元。2、軟件設(shè)計為了實現(xiàn)車況信息的圖形化界面顯示，程序存儲器內(nèi)安裝嵌入式操作系統(tǒng)+MCGS 組態(tài)軟件，主要包括啟動界面、主界面、控制器故障自檢顯示界面、制動能量回收界面、動態(tài)監(jiān)視界面、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測界面、IGBT電壓曲線、IGBT電流曲線、IGBT溫度曲線、電機(jī)電壓曲線、電機(jī)電流曲線、電機(jī)溫度曲線、蓄電池電壓曲線、蓄電池電流曲線、蓄電機(jī)電壓歷史曲線、電機(jī)電流歷史曲線界面。主界面是電動汽車智能儀表中最重要的界面，包括車速表、電機(jī)轉(zhuǎn)速表、S0C、左右轉(zhuǎn)向燈、遠(yuǎn)近光燈、加速踏板與制動踏板開度等信息。除此之外，還具有動態(tài)監(jiān)視、能量回收、故障自檢、實時數(shù)據(jù)、電機(jī)電壓歷史曲線、電機(jī)電流歷史曲線和六個跳轉(zhuǎn)至其它界面的按鈕?？刂破鞴收献詸z顯示界面可對主控制器重要部件，如電源、上電、AD采樣、開關(guān)信號等的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。制動能量回收界面將以曲線的形式分別反映制動能量回收的能量值、電流與效率三者隨時間的變化關(guān)系。動態(tài)監(jiān)視界面中可設(shè)置IGBT電壓、IGBT電流、IGBT溫度、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、電機(jī)溫度、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池溫度隨時間變化曲線的縱坐標(biāo)最大值。將其縱軸的最大值設(shè)為可調(diào)的，使得該儀表具有良好的通用性。IGBT電壓曲線界面可觀察IGBT電壓隨時間的變化情況。IGBT電流曲線界面可觀察IGBT電流隨時間的變化情況。 IGBT電壓溫度界面可觀察IGBT溫度隨時間的變化情況。電機(jī)電壓曲線界面可觀察電機(jī)電壓隨時間的變化情況。電機(jī)電流曲線界面可觀察電機(jī)電流隨時間的變化情況。電機(jī)溫度曲線界面可觀察電機(jī)溫度隨時間的變化情況。蓄電池電壓曲線界面可觀察IGBT電壓隨時間的變化情況。蓄電池電流曲線界面可觀察IGBT電流隨時間的變化情況。蓄電池溫度曲線界面可觀察IGBT溫度隨時間的變化情況。[0048]電機(jī)電壓歷史曲線界面可實現(xiàn)過去時間電機(jī)電壓值的再現(xiàn)與瀏覽。電機(jī)電流歷史曲線界面可實現(xiàn)過去時間電機(jī)電流值的再現(xiàn)與瀏覽。在MCGS軟件環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)庫中定義儀表所需顯示數(shù)據(jù)及中間變量的名稱和屬性，在設(shè)備窗口中選擇通信設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)ModbusRTU設(shè)備，數(shù)據(jù)最小采集周期為20ms，通訊等待時間20ms，波特率19200，將定義好的變量與通道關(guān)聯(lián)，完成與外界數(shù)據(jù)的交換。3、智能儀表軟硬件開發(fā)平臺的建立3. 1嵌入式處理器的確定嵌入式處理器選擇性價比相對比較高的miniM40開發(fā)板作為智能儀表開發(fā)的主控模塊。mini2440是一款針對S3C2440的高性能學(xué)習(xí)開發(fā)平臺，并適合用來作為開發(fā)高性能手持式以及便攜式智能設(shè)備或終端。核心板使用三星公司的目前較先進(jìn)的32位嵌入式
5ARM處理器S3C2440A系列，支持嵌入式WinCE操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。提供的外部資源及接口有TFT 64K色I(xiàn)XD控制器以及觸摸屏控制器，1個IOM以太網(wǎng)RJ-45接口(采用 DM9000網(wǎng)絡(luò)芯片)，3個串行口，1個USB Host, 1個USB Slave B型接口，1個SD卡存儲接口，1路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風(fēng)接口，1個2. Omm間距10針JTAG接口，1個用于AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換測試的可調(diào)電阻，1個1 總線接口(驅(qū)動ATM⑶8)，1個34引腳2. OmmGPIO擴(kuò)展接口和1個40引腳的2. Omm系統(tǒng)總線擴(kuò)展接口等。除了不具備CAN總線接口外，mini2440 提供的資源能夠基本滿足智能儀表的要求。3. 2智能儀表CAN總線接口的設(shè)計CAN總線接口是電動汽車嵌入式智能儀表與電動汽車完成信息共享的一個重要渠道，而主控模塊miniM40提供的外部接口中并不包含CAN總線接口，為此采用SJA1000 芯片作為CAN控制器，SJA1000是Wiilips公司的一款經(jīng)典CAN總線控制器，用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的CAN控制網(wǎng)絡(luò)。它具有完成CAN通信協(xié)議所要求的全部特性，支持 CAN2. 0Α/Β協(xié)議，在實際應(yīng)用產(chǎn)品中占有很大的市場比率。采用PCA82C250芯片作為CAN收發(fā)器對智能儀表系統(tǒng)進(jìn)行CAN接口的擴(kuò)展其通訊速率可高達(dá)1Mbps。PCA82C250可以對總線提供不同的發(fā)送能力和對CAN控制器提供不同的接收能力，它符合CAN2. 0標(biāo)準(zhǔn)，完全與 “IS011898”標(biāo)準(zhǔn)兼容。PCA82C250可以承受汽車環(huán)境中可能產(chǎn)生的高瞬變電壓，具有總線保護(hù)瞬變、對電池和地的短路保護(hù)、熱保護(hù)等功能，同時抗電磁干擾能力強(qiáng)。使用SJA1000 進(jìn)行智能儀表CAN接口擴(kuò)展的電路原理圖如圖2所示。3. 3智能儀表CAN總線接口的驅(qū)動實現(xiàn)智能儀表CAN總線接口的驅(qū)動開發(fā)依托于現(xiàn)有的軟硬件平臺，使用Embedded VisualC++編寫。驅(qū)動程序由三部分組成在WinCE內(nèi)核中工作的WinCE設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式組態(tài)軟件MCGS中的CAN父設(shè)備驅(qū)動程序及CAN子設(shè)備驅(qū)動程序。WinCE設(shè)備驅(qū)動程序位于OEM Adaptation Layor(OAL)層，它主要完成CAN卡初始化、信息的發(fā)送與接收、CAN 卡事件處理等工作。嵌入式組態(tài)軟件MCGS中的CAN父設(shè)備及子設(shè)備驅(qū)動的工作內(nèi)容主要是完成通信速率的更改、通道的選擇及應(yīng)用層通信協(xié)議的實現(xiàn)等。4、電子控制單元的設(shè)計電子控制單元選擇MC9S12DG128B單片機(jī)。MC9S12DG128B單片機(jī)是Motorola公司M68HC12系列16位單片機(jī)中的一種，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有單片機(jī)基本部分組成，包括一個中央處理器單元HCS12 (CPU)，2個異步串行通信口 SCI，2個同步串行通信口 SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器，1個8通道脈寬調(diào)制模塊以及49個獨立數(shù)字1/0 口(其中20個具有外部中斷及喚醒功能)，在片內(nèi)還擁有 128KB的Flash ROM, 8KB的RAM, 2KB的EEPROM 其管腳圖如圖3所示。另外，在電動汽車上相應(yīng)位置安裝車速傳感器、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、電壓傳感器與電流傳感器等采集相應(yīng)的信號，將這些電信號經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接受處理的電信號，并將這些信號按照Modbus通信協(xié)議的規(guī)定發(fā)送至智能儀表滿足顯示要求。在Codewarrior軟件環(huán)境下完成數(shù)據(jù)收發(fā)程序的編寫。其顯示單元主界面如圖4 所示。以該單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠采集各路輸入信號，根據(jù)控制要求，對相關(guān)數(shù)據(jù)做出正確處理，并正確及時地輸出控制信號，具有易調(diào)整、可擴(kuò)展的特點，便于存儲控制參數(shù)。該系統(tǒng)能夠在噪聲、振動、潮濕與沖擊等復(fù)雜工況下正常工作，且具有較好的電磁兼容性，滿足國家對相關(guān)行業(yè)電氣設(shè)備的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)了純電動汽車穩(wěn)定高效運行。 電動汽車智能儀表的故障自檢界面、能量回收界面、動態(tài)監(jiān)視界面、電機(jī)電流實時數(shù)據(jù)曲線界面、和電機(jī)電流歷史曲線界面參見圖5 圖9所示。
權(quán)利要求1.一種電動汽車嵌入式智能儀表，包括嵌入在汽車儀表盤的顯示單元和智能儀表電路，顯示單元和智能儀表電路通過液晶控制器相連，其特征在于，所述的智能儀表電路至少包括有嵌入式處理器，該嵌入式處理器上連接有時鐘及復(fù)位電路、程序存儲器、看門狗電路、觸摸屏控制單元、串行接口、數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展接口和CAN總線接口，其中，CAN總線接口通過CAN總線和CAN接口與電子控制單元相連，電子控制單元連接模擬量、開關(guān)量單元。
2.如權(quán)利要求1所述的電動汽車嵌入式智能儀表，其特征在于，所述的程序存儲器內(nèi)安裝有WinCE操作系統(tǒng)和MCGS組態(tài)軟件。
3.如權(quán)利要求1所述的電動汽車嵌入式智能儀表，其特征在于，所述的顯示單元選用嵌入式一體化工控機(jī)TCP7062K。
4.如權(quán)利要求1所述的電動汽車嵌入式智能儀表，其特征在于，所述的電子控制單元選用MC9S12DGU8B單片機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的電動汽車嵌入式智能儀表，其特征在于，所述的嵌入式處理器選擇miniM40開發(fā)板。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車嵌入式智能儀表，包括嵌入在汽車儀表盤的顯示單元和智能儀表電路，顯示單元和智能儀表電路通過液晶控制器相連，智能儀表電路至少包括有嵌入式處理器，該嵌入式處理器上連接有時鐘及復(fù)位電路、程序存儲器、看門狗電路、觸摸屏控制單元、串行接口、數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展接口和CAN總線接口，其中，CAN總線接口通過CAN總線和CAN接口與電子控制單元相連，電子控制單元連接模擬量、開關(guān)量單元。提高了儀表的精度、可靠性、可維護(hù)性和可測試性，能有效避免錯誤結(jié)果的輸出。工作狀態(tài)穩(wěn)定，可靠性好，智能化程度高，可以對傳統(tǒng)的汽車儀表進(jìn)行完善與改造。
文檔編號B60R16/02GK202219734SQ201120333389
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者康留旺, 肖廣朋, 賀伊琳, 趙軒, 馬建 申請人:長安大學(xué)