基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)發(fā)
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汽車(chē)行駛記錄儀是傳統汽車(chē)儀表系統的技術(shù)革新產(chǎn)品，涉及許多技術(shù)領(lǐng)域。
其核心概念及主要研究?jì)热莅ǎ簝x表信息數字化、車(chē)內總線(xiàn)通訊與全車(chē)信息共享、整車(chē)統一調度以及基于全車(chē)信息的故障診斷等幾個(gè)方面。相信今后汽車(chē)將會(huì )越來(lái)越多地采用各種用途的電子化儀表，功能強大的電子儀表將成為發(fā)展趨勢。
汽車(chē)行駛記錄儀的系統結構
如圖1所示，本系統由主機和上位機管理分析軟件兩部分組成。其中主機部分包括：信號輸入、數據保存和處理、數據顯示、數據通信、復位電路和掉電保護電路等。上位機軟件實(shí)現數據統計、查詢(xún)、分析等功能。整個(gè)系統作為汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)，可以實(shí)現與其他CAN節點(diǎn)之間的通訊及數據傳輸等。
汽車(chē)行駛記錄儀的硬件設計
主處理器的選擇
目前汽車(chē)行駛儀表系統的微處理器一般采用8位MCS51單片機，此類(lèi)單片機應用廣泛，價(jià)格相對較低，發(fā)展也較成熟，是記錄儀低端方案的首選。低端方案雖然能夠實(shí)現系統的基本功能，卻不能保證系統對實(shí)時(shí)性、大量數據的處理能力和擴展接口等各方面的要求，故考慮采用高端方案——32位RISC嵌入式處理器ARM。根據系統具體要求，選用Philips公司的LPC2292作為系統的主處理器。LPC2292基于A(yíng)RM7TDMI內核、總線(xiàn)開(kāi)放、144腳封裝、2個(gè)定時(shí)器、2路CAN、2路SPI接口、包含76個(gè)GPIO口、8路10位ADC以及多達9個(gè)外部中斷，是一款性?xún)r(jià)比較高的ARM芯片。
數據存儲方案的確定
本系統采用FRAM作為記錄儀存儲器，FRAM是美國Ramtron公司的產(chǎn)品，被稱(chēng)為鐵電存儲器，其核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存貯產(chǎn)品同時(shí)擁有SRAM和非易失性存儲產(chǎn)品的特性：擦寫(xiě)次數至少可達到1000億次，超過(guò)1000億次后還可作為SRAM使用。但是，目前市場(chǎng)上出現的FRAM芯片容量都不夠大，所以考慮再使用一塊大容量FLASH作為數據存儲器，而將FRAM作為數據轉存的中介。超過(guò)一定時(shí)間或者發(fā)生掉電時(shí)，則立即將FRAM中的數據轉存入FLASH中，這樣就能滿(mǎn)足存儲器大容量且能夠多次擦寫(xiě)的要求，而且避免了因掉電發(fā)生的數據丟失現象。本系統采用兩塊256kbit FRAM (FM24C256)和一塊512kbit FLASH（W29C040）。
信號采集方案的確定
本系統的輸入信號較多，大致可分成三類(lèi)：模擬信號、數字信號以及開(kāi)關(guān)量信號。不同種類(lèi)的信號采用不同的采集方式。
模擬信號采集方案
模擬信號包括：水溫、油量和油壓，共3路輸入信號。一般對模擬信號的采集和處理是采用A/D轉換器進(jìn)行的，由于處理器LPC2292內置了4路10位精度的A/D轉換器，故無(wú)需擴展外圍電路即可滿(mǎn)足模擬信號的采集需求。
數字信號采集處理方案
數字信號包括車(chē)速和發(fā)動(dòng)機轉速信號，這兩路信號通過(guò)各自相應的傳感器轉換成車(chē)速脈沖和發(fā)動(dòng)機轉速脈沖輸出，由此可以利用LPC2292定時(shí)器的脈沖捕捉功能進(jìn)行采集。通過(guò)記錄脈沖的輸出間隔，從而可以計算出里程、車(chē)速等實(shí)時(shí)數據，用以保存和報警輸出，無(wú)需外擴電路。
開(kāi)關(guān)量信號采集方案
開(kāi)關(guān)量信號包括：前門(mén)、后門(mén)、大燈、左燈、右燈、倒車(chē)燈、遠光燈、近光燈、點(diǎn)火、剎車(chē)、鳴號、雨刷以及中控鎖，共13路信號。每路信號的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，均需要能被及時(shí)檢測到。LPC2292內部沒(méi)有采集開(kāi)關(guān)量信號的部件，故需要外擴電路，本系統選用開(kāi)關(guān)檢測芯片MC33993來(lái)實(shí)現此功能。MC33993除了具有22個(gè)開(kāi)關(guān)輸入引腳之外，還有一個(gè)中斷引腳。當任一開(kāi)關(guān)量輸入信號狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)中斷的方式通知主處理器，從而減輕了處理器頻繁查詢(xún)的負擔。芯片的接口方式為4腳SPI，能夠大大減少處理器需要提供的引腳數量。
數據顯示方案的確定
LCD(Liquid Crystal Display)為液晶顯示器，它使用兩片薄膜，利用通電與未通電時(shí)中間的液態(tài)晶體改變排列方向來(lái)造成透光與不透光效果，從而產(chǎn)生圖形。LCD液晶器具有圖像不失真、無(wú)閃爍、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，所以L(fǎng)CD是本系統顯示面板的首選，所選型號為信利公司的MSC-G12864。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘方案的確定
主處理器LPC2292具有內置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，但是當處理器斷電后該實(shí)時(shí)時(shí)鐘所有寄存器的內容將全部丟失，因此系統需要使用外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 Philips公司的PCF8563是符合這一要求的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它具備掉電檢測器。當供電電壓低于某個(gè)值時(shí)，秒寄存器中的某標志位將置1，指明此后實(shí)時(shí)時(shí)鐘可能會(huì )產(chǎn)生不準確的時(shí)鐘/日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時(shí)間的記錄。
打印輸出電路
微型打印機M-1926有串口和并口兩種接口，系統采用其串口功能，與LPC2292的DART1接口連接，實(shí)現對微機的控制輸出。
汽車(chē)行駛記錄儀的軟件設計
本系統軟件部分的設計都是在A(yíng)DS開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的，并通過(guò)JTAG仿真器進(jìn)行軟件調試。ADS(ARM Developer Suite)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是ARM公司推出的ARM核處理器集成開(kāi)發(fā)工具。JTAG(Joint Test Action Group)是一種通過(guò)ARM芯片的JTAG邊界掃描口進(jìn)行調試的仿真設備，它比在線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真器要廉價(jià)簡(jiǎn)單，是現在較為流行的一種仿真器。本系統采用的EasyJTAG是廣州周立功單片機發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的LPC2000系列ARM7微控制器的JTAG仿真器。
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