基于CAN总线嵌入式汽车智能仪表设计

基于CAN总线的嵌入式汽车智能仪表的设计
【摘要】本文设计了一个完整的基于can总线技术的嵌入式汽车智能仪表，它包括了一般汽车智能仪表的功能，并在此基础上增加了驾驶员身份验证、gps卫星定位、全程行驶记录功能、显示打印功能、数据通讯功能等，采用一主多从的控制系统方案，各个功能有相应的模块进行完成，采用can总线通讯，各模块的数据传输通过can总线和主控制器进行数据交流，并最终完成了系统的安装调试。

汽车智能仪表,可以称作“汽车黑匣子”,是一种能对车辆行驶全过程同步记录、监控运行状态、预防交通事故发生的高新技术产品，它可详细记录车辆每次的起动时间、行驶里程、行驶时间、最高车速以及每次最高车速的持续时间,在汽车驾驶员超速行驶时发出超速报警声,储存车辆信息,具有gsm/gprs远程数据传输、gps定位等功能。

采用can总线可以使系统达到更高的指标，同时can总线已发展成为汽车电子系统的主流总线。

本文设计的嵌入式can总线汽车智能仪表采用一主多从的控制系统方案，各个功能有相应的模块进行完成，采用can总线通讯，各模块的数据传输通过can总线和主控制器进行数据交流。

1.系统硬件的总体构成
本系统中总体构成包括数据中心处理模块cpu、速度采集模块、语音报警模块、距离测量模块、gsm远程监控模块、液晶显示模块、指纹识别模块、数据采集模块、gps模块、开关量输入、usb接口
及光电隔离电路等组成。

2.系统主模块中单元电路设计
该系统大体可以分为以下单元：速度采集单元、指纹信号处理单元、gps卫星定位信号处理单元、液晶显示单元、语音报警单元、信号采集单元、打印单元、电源单元、中心处理单元。

2.1速度采集单元
速度采集模块cpu选择台湾华邦公司生产的8位单片机w77e58, 它内部集成了32kb的可重复编程的flash rom、256字节的片内存储器、1kb用于movx指令访问的sram、可编程看门狗定时器、三个16位定时器、二个增强型的全双工串行口、片内rc振荡器、双16位数据指针等诸多功能。

整个模块在晶振的驱动下运行，w77e58通过rs232串口采集车轮实际半径，通过光耦隔离模块采集速度信号，计算出实际的车速，在经过can总线传送给中心模块，看门狗的作用是在w77e58程序跑死的情况下对其复位，保证系统正常运行。

2.2指纹识别信号处理单元
指纹识别模块cpu选择台湾华邦公司生产的8位单片机w77e58。

整个模块在晶振的驱动下运行，w77e58通过采集指纹识别机的记录来确定驾驶员的输入指纹时间，并通过can总线通知中心模块驾驶员信息，中心模块在接收到驾驶员信息后打开汽车启动控制器，驾驶员才能安全的启动汽车。

2.3 gps卫星定位信号处理单元
在进行gps模块设计时直接选用其它公司的gps成品，用以减少开发周期，gps接收器和中心模块进行通讯，把相应的数据传输给中心模块，有中心模块进行相应的操作，通过液晶显示，通知驾驶员所在的地理位置以及方向等。

2.4液晶显示单元
液晶显示模块结构cpu选择8位upsd3234a单片机芯片，它内部集成了256kb的可重复编程的flash rom、8kb字节的片内存储器、可编程看门狗定时器、三个16位定时器、两个增强型的全双工串行口、一个a/d中断口等诸多功能。

该模块由12mhz晶振驱动，汉字自摸存储在upsd3234a中，在接收到中心处理模块数据时进行显示相应信息，驾驶员通过显示信息，可以了解汽车的状态，以便进行相应的操作。

2.5语音报警单元
语音报警模块芯片选择isd4004，isd4004单片可播放8-16分钟、内置微控制器串行通信接口、10 万次录音周期、不耗电信息保存100 年等功能。

该模块首先是把要播放的语音内容通过烧片机及语音录制进语
音芯片，模块cpu在接受中心模块的数据后进行相应的语音播报，用以提醒驾驶员汽车可能出现的故障。

2.6电源单元
本单元是整个系统的能量单元，该模块的稳定性直接影响到整个系统的稳定性，而且不同的汽车内部所提供的电压不是同一的值，
电压也不是稳定的值，因此该模块在设计时选用了linear 公司的ltm4609，ltm4609是98%高效率的升降压开关电源，集成了开关控制器，功率fet和支持元件。

输入电压从4.5v到36v，输出电压从0.8v到34v。

升压模式可提供4a电流，而降压模式则可提供10a 电流，效率高达98%。

可锁相的固定频率从200khz 到 400khz，具有超快的瞬态响应特性，输入经过ltm4609处理后在经过电源滤波器进行处理，是电源噪声降到最低，把得到的稳定电压经过
lm2596s-5.0稳压后得到五伏特的电压，由于中有很多芯片是工作在3.3v或1.8v的电压下，因此通过lm1117-1.8、lm1117-3.3的到系统的工作电压。

2.7中央处理单元
中央处理单元是本系统中最主要也是最繁忙的模块，本单元用lpc2119作为主控芯片，利用本身所带的a/d转换模块来测量相应的模拟量，通过i/o口来控制数据的存储和读取相应的开关量（其中数据存储采用nor型 flash存储器sst39vf1601），通过串行通讯和外部的打印机相连输出相关数据，同时模块中提供了usb输出接口，对于其它功能模块采用can通讯的方式进行数据通讯。

3.系统软件设计
系统软件主要完成两方面的功能：(1)实现汽车行驶状态的实时检测和记录，检测到故障时报警。

(2)将记录数据通过rs232口上传到上位机，以便进行日常管理和事故诊断。

由于本项目设计采用的是模块和功能相结合的方式，所以在设计
系统软件时也要考虑系统各模块的独立性。

系统上电后各模块初始化，主控制器自检开始，通过液晶显示出相应的状态，主控制器读取各模块数据进行分析处理，保存数据，主控制器检测各个开关量的状态，进行相应的操作，定时读取gps数据，进行方向指示，在主控制器检测到故障时进行语音报警和远程报警。

软件的设计完全按照结构化的程序设计方案，将整个程序按照功能分为若干个程序模块，以方便调试和检查。

采用c语言编程。

本设计中的软件在keilμvision3集成环境中编辑、编译、连接、调试后，直接通过串口将程序下载到相应的芯片中。

程序主要包括：主程序、模拟量采集程序、开关量采集程序、脉冲量采集程序、数据存储程序、时钟处理程序、故障处理程序、语音报警程序及串口通信程序等。

本文设计了一个完整的基于can总线技术的嵌入式汽车智能仪表，它包括了一般汽车智能仪表的功能，并在此基础上增加了驾驶员身份验证、gps卫星定位、全程行驶记录功能、显示打印功能、数据通讯功能等，并最终完成了系统的安装调试。

【参考文献】
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［５］广州周立功单片机发展有限公司
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