詳解基于CAN總線的汽車儀表系統(tǒng)設計—核心電路模塊設計
TJA1040與H128之間的電路連接如圖4-9:
圖中CANH和CANL代表CAN物理總線廠IXCANO、RXCANO和PS4分別對應H128上的引腳。CANH和CANL與地之間分別連接了兩個93pF的小電容Cg、Cg和兩個防雷擊穩(wěn)壓二極管DS、D6。CS和Cg可以濾除總線上的高頻干擾信號,有-定的防電磁輻射的能力。汽車電器設備工作環(huán)境惡劣,穩(wěn)壓二極管可以抵抗兩輸入端出現(xiàn)的瞬變干擾,保護電子設備的正常運行。特別是雷擊浪涌波,其持續(xù)時間短,脈沖幅值高,能量大,給電子電器設備的正常運行帶來極大的危害。
脈沖信號處理電路
車速傳感器有霍爾型非接觸式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器等,其工作原理都是在車輛行駛的過程中連續(xù)向外發(fā)送脈沖信號來傳遞相關的信息。光電式傳感器的工作原理是由常規(guī)車速表軟軸驅動,軟軸帶動開有方孔(4,6,8,12等)的輪子在發(fā)光二極管和光敏二極管之間旋轉。由于輪子輪番遮斷放光二極管發(fā)射的光束,光電晶體管變發(fā)出-連串的電脈沖信號,經過信號采集測量模塊將其整形成平滑的脈沖信號,如此傳感器便能隨著車輪的轉動而輸出相應頻率的連續(xù)脈沖信號,然后被H128控制器計數(shù)成每秒脈沖數(shù),每秒脈沖數(shù)變換成公里/小時值。
轉速不僅僅是發(fā)動機的-個簡單的工作參數(shù),而且是計算電子控制系統(tǒng)其它參數(shù)的依據(jù)和控制噴射正時的基準。轉速信號是通過轉速傳感器測量而得的,如果傳感器不能穩(wěn)定地工作,電控系統(tǒng)也就無法正確地控制發(fā)動機正常工作。所以,傳感器的性能直接關系到電控系統(tǒng)的性能。發(fā)動機轉速表分為汽油機和柴油機兩種,前者的傳感信號取自點火系統(tǒng)初級電路的脈沖電壓,后者的傳感信號則來自安裝在飛輪上的傳感器。這里我們選取后-種方式,采用磁電式曲軸轉角傳感器,由轉子和線圈組成。轉子固定在分電器軸上,線圈固定在分電器殼體上。永久磁鐵的磁力線經轉子、線圈、托架構成封閉回路。轉子旋轉時,由于轉子凸起與托架間的磁隙不斷發(fā)生變化,通過線圈的磁通也不斷變化,線圈中便產生感應電壓,并以交流形式輸出。發(fā)動機轉動時,使感應線圈內磁通變化,從而在感應線圈里產生交變的電動勢,傳感器相應的處理單元再將它處理后,即變成脈沖信號。由于車速〔或發(fā)動機轉速〕傳感器輸出的信號不是標準方波信號,而且往往還附加了許多的干擾信號,這就要對信號進行預處理,去除其中的干擾信號,并把信號整形為標準的方波信號輸入給MCU。其處理電路及與H128連接的電路圖如圖4-10:
傳感器的采樣信號(車速或轉速)由INPUT輸入,先經C18電容濾波后,然后經R31限流,由C15、R32、D7組成的回路對其進行穩(wěn)壓,再通過R33、R34對其進行分流后輸送到晶體管QS對信號進行放大處理,將放大的信號輸送給MCU。如此脈沖信號調理電路有兩路,其中的電阻和電容的值略有不同,其結構和原理是-樣的。INPUT分別對應儀表外殼背面接插件中車速信號和轉速信號的輸入,與H128的16位定時計數(shù)器接口分別連接,其中車速信號輸入PT7和轉速信號輸入PT6分別與MCU上的引腳相對應。
A/D轉換電路
H128帶8路10位轉換精度的A/D接口,可直接與外部模擬信號相連接。本系統(tǒng)中的模擬量有燃油表、電壓測量電路、輪胎氣壓測量電路。其中背光調節(jié)電路也屬于模擬信號,在PWM電解電路中有作單獨介紹。燃油液位傳感器是用于檢測燃油箱的油量,其是采用浮子式傳感器,屬于模擬量輸出型液位傳感器,由浮子、內裝滑動電阻的本體以及連接這兩者的浮子臂構成,浮子可隨液面上、下移動。油箱內存油面高、低變化時,引起浮子位置的高、低變化,在滑線變阻上取得不同的電阻值,即得知油面得高度。蓄電池電壓本身就是-個模擬量,故無需任何其他傳感器。蓄電池電壓的測量比較簡單,該電壓的正常值為+24V。波動范圍在 +lsv~3Zv之間。因H128中的周D輸入端要求輸入電壓為+5V,故需將蓄電池電壓串接電阻的方式對其進行1/7分壓、進行低通濾波后再送入H128中A/D輸入引腳。
輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)簡稱開Ms(五m。preesur。 monitoringsystem),主要用于自動、實時監(jiān)測汽車在行駛過程中輪胎氣壓的狀態(tài),并對輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以保障行車安全。開MS主要有直接式和間接式二類產品。間接式沒有壓力傳感器,它依靠系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別,以達到監(jiān)視胎壓的變化。因為胎壓的降低會引起輪胎直徑的減小,進而引起車速的減少;而直接式是依靠安裝在輪胎內的壓力和溫度傳感器將輪胎內的壓力、溫度數(shù)據(jù)以無線電波方式傳送到接收器上,將所得的數(shù)據(jù)處理轉化后輸出到液晶屏上進行顯示,使駕車者能隨時知曉輪胎的壓力和溫度的變化情況〔刊。汽車這些參數(shù)的傳感器輸出-般為變化的電壓或電流信號,變化速度比較慢-般不是很明顯。在前置處理中先將這些變化的電阻信號轉換為電壓,并將電壓信號調整到0-SV范圍內,然后經過相應的信號處理模塊處理后,送入MCU控制器的10位A/D轉換輸入端,進行相應的A用轉換。模擬信號A/D轉換電路硬件如圖4-11所示,
其中CONV代表電壓模擬信號,CONT氣壓、溫度傳感器信號,CONF代表燃油傳感器信號輸入接口,vCcZ代表12v電壓,PAD04、PAD05、RAD06分別對應H128的A/D轉換接口。除了電壓信號先經過R36與R37七分壓后,其他模擬信號經限流電阻后與習D轉換接口相連接。為了保證A/D轉換的精度,要給模塊加穩(wěn)定的參考電平輸入。VCCZ經過R41、R42電阻分壓后,經過限流電阻與參考電壓高電平VRH相連接,參考電壓低電平VRL直接接地。
液晶屏的電路設計
4.6.1 LCD特點
液晶顯示器LCD(liqu記 crystaldisPlay)作為電子信息產品的主要顯示器件,與其他類型顯示部件比較,有其自身的特點,概括如下:
1)低電壓微功耗:工作電壓-般為3-SV,每平方厘米液晶顯示屏工作電流為以級;
2)使用壽命長:本身沒有劣化問題,注意防護與使用,能使用很長時間;
3)被動顯示:LCD顯示是借助外部環(huán)境光線的反射,越強則現(xiàn)實內容越清晰,不容易引起疲勞;
4)顯示量大易于彩色化:與CRT相比,LCD沒有蔭罩限制,像素可以做的很小,彩色化方法很多,也可以做的很逼真;
5)無電磁輻射:CRT工作時會產生X射線及其他電磁輻射,影響環(huán)境與人的身體,LCD則不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
4.6.2 LCD分類
LCD分類方法有很多,按顯示內容分類有字段型(或筆段型)、點陣字符型、和點陣圖型三種。字段型LCD是指以長條筆畫狀顯示像素組成的液晶顯示器件。字段型LCD主要以7段顯示最為常用,也包括專門為LCD設計的固定圖形和少量漢字。點陣字符型LCD是指顯示的基本單元由-定數(shù)量的點陣組成,專門用于現(xiàn)實數(shù)字、字母、常用圖形符號及少量自定義符號和漢字。這類顯示器把LCD控制器、點陣驅動器、字符存儲器等全做在-塊PCB印刷電路板上,構成應用的顯示模塊。點陣圖形除了可現(xiàn)實字符外,還可顯示各種圖形信息、漢字等,顯示自由度大、顯示精度高。常見的模塊點陣從80只32點陣到 640x480點陣不等。
4.6.3 LCD選取
本系統(tǒng)LcD選取為北京青云公司的帶背光LcM192642腳l,機械規(guī)格和特征如表4-2所示:
LCD自帶控制模塊,內存8〕漢)多個中文漢字字庫,可以采用串行和并行接口驅動,起引腳定義見表4-13:
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