CN104500973B - 车载液化天然气气瓶液位显示仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载液化天然气气瓶液位显示仪，属自动测量技术领域，其主要技术特征是它包括单片机控制电路、CAN节点接口电路、键盘输入电路、电源电路、显示电路、背景照明电路、步进电机驱动电路，单片机控制电路包括单片机芯片U1，单片机芯片U1接收CAN总线上的信号，解析读取对应瓶号容量信息并判断是否在正常范围内，计算步进电机驱动电路上步进电机M1的转动方向和步数并输出控制信号，驱动步进电机M1的指针指示相应LNG气瓶的剩余百分比容量，同时驱动显示电路上的数码管MD1显示相应LNG气瓶的瓶号，将仪表CAN通讯是否正常、容量是否超限等通过CAN总线直观显示，它具有性能稳定可靠、使用方便快捷、显示直观、易于维护等优点。

Description

车载液化天然气气瓶液位显示仪

技术领域

本发明涉及一种车载液化天然气气瓶液位显示仪，属自动测量技术领域，它特别适用于对液化天然气运输罐车车载的多个气瓶中的液化天然气液位的实时监测和显示。

背景技术

随着我国天然气使用的快速增长，天然气的输送必须大量依靠天然气罐车运输以弥补国内天然气管道建设严重滞后的局面。背景技术中，国内目前运输液化天然气（LNG）的运输罐车都装载有多个液化天然气（LNG）气瓶，每个气瓶对应有一个传统的指针式液位显示仪表，这就势必要求罐车上需装配与液化天然气（LNG）气瓶数量一一对应的多个指针式仪表，这种状况最直接的不足就是在使用维护过程中存在一定的安全隐患，同时液位显示不直观。为了实现只通过一个仪表对车载的多个液化天然气气瓶中的液位进行实时监测和显示的目的，同时以数字显示替代现有的刻度显示使操作更加直观，我们对车载液化天然气气瓶液位显示仪进行了研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种车载液化天然气气瓶液位显示仪，它采用具有CAN总线接口的单片机芯片U1做控制核心，单片机芯片U1接收变送器传来的多个LNG气瓶中的液位信号和瓶组信号，解析对应瓶号的液位信号并驱动步进电机指示液位高低，液位高度信号通过CAN总线显示在汽车仪表屏上，实现对LNG气瓶的液位高度信息进行实时监控和显示。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：它包括单片机控制电路、CAN节点接口电路、键盘输入电路、电源电路、显示电路、背景照明电路、步进电机驱动电路，

所述的单片机控制电路包括单片机芯片U1，

单片机芯片U1接收CAN总线上的信号，解析读取对应瓶号的容量信息并判断容量是否在正常范围内，计算出步进电机驱动电路上的步进电机M1的转动方向和步数并输出控制信号传输至步进电机驱动电路，驱动步进电机M1的指针指示相应LNG气瓶的剩余百分比容量，单片机芯片U1同时驱动显示电路上的数码管MD1显示相应的LNG气瓶的瓶号，

单片机芯片U1的型号为PIC18F4580-I/PT，

所述的CAN节点接口电路包括接口芯片U2、限流电阻（R11、R12）、瞬变电压抑制二极管（D1、D2）、滤波电容（C5、C6），

接口芯片U2为CAN总线提供差动的发送功能和接收功能，限流电阻（R11、R12）用于保护接口芯片U2免受过流冲击，瞬变电压抑制二极管（D1、D2）用于保护接口芯片U2免受各种浪涌脉冲的损坏，滤波电容（C5、C6）用于降低CAN总线上的高频辐射，

接口芯片U2的型号为TJA1040，瞬变电压抑制二极管（D1、D2）的型号均为P6KE33A，

所述的键盘输入电路包括切换按钮S1、由DS1～DS5与KI1～KI4组成的矩阵键盘，

矩阵键盘采用动态扫描键盘和显示数据，用于LNG气瓶的瓶号标定和参数设置，切换按钮S1用于进行LNG气瓶的瓶号切换，使车载液化天然气气瓶液位显示仪实现一车控制多个气瓶的功能，

所述的电源电路包括反接和过流保护电路、开关电源、共模电感L1、发光二极管POW1，

反接和过流保护电路包括自恢复保险丝F1、二极管D4，当电路发生短路或者过载时，自恢复保险丝F1迅速断开，对仪表内部电路起到快速保护作用，当短路或者过载消除后，自恢复保险丝F1自动恢复为正常接通状态，二极管D4用于防止电源反接损坏仪表内部电路，

开关电源包括稳压芯片VR1、电感L2、二极管D3、电容（C7、C9、C12），开关电源输出5V直流电流，在汽车复杂的电源环境中为液位显示仪表系统提供稳定的电源，稳压芯片VR1的型号为LM2574N-5.0，

共模电感L1用于滤除液位显示仪表外部的共模电磁干扰，同时抑制液位显示仪表内部不向外发出电磁干扰，

发光二极管POW1为液位显示仪表提供电源指示灯，

所述的显示电路包括双色发光二极管SE1、一位7段的数码管MD1、三极管DQ1、三极管DQ2，显示电路显示用户选择的瓶号、仪表CAN通讯是否正常、容量是否超限、液位剩余容量，

三极管DQ1通过单片机控制电路上DS2引脚发送的控制信号控制数码管MD1，数码管MD1显示用户选择的0-9共计十个LNG气瓶对应的瓶号，小数点显示对应瓶号的变送器的自校准功能是否开启，

三极管DQ2通过单片机控制电路上DS6引脚发送的控制信号控制双色发光二极管SE1，双色发光二极管SE1显示仪表CAN通讯是否正常和LNG气瓶容量是否超限并进行报警，

指针刻度盘显示LNG气瓶的剩余容量百分比，

所述的背景照明电路包括场致发光驱动器U3、电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13），背景照明电路为仪表刻度盘提供背景照明，

场致发光驱动器U3是一个内含高频振荡器、低频振荡器的高压桥式输出驱动器，场致发光驱动器U3与外围元件电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13）组成高压驱动电路，驱动场致发光仪表盘的刻度和字体发光，场致发光驱动器U3的型号是IMP803，

电阻（R22、R23、R24）用于设置场致发光驱动器U3内部高频振荡器、低频振荡器的频率，并且进行输出端限流，

电感L3构成自举升压电路，二极管D5作电压钳位使用，电容（C11、C12、C13）用于抑制噪声，同时储存经过二极管D5转换的电感能量，

所述的步进电机驱动电路包括驱动芯片U4、步进电机M1，

驱动芯片U4的频率控制端接收单片机控制电路上单片机芯片U1发出的转动脉冲信号和旋转方向信号，

接收的转动脉冲信号通过驱动芯片U4的输出端控制步进电机M1输出轴的微步转动，每个转动脉冲对应步进电机M1输出轴转动1/12°，步进电机M1输出轴转动的最大角速度为600°/s，

旋转方向信号通过驱动芯片U4的方向端控制步进电机M1的旋转方向，

步进电机M1带LED光轴显示功能，方便夜间指针示读，

驱动芯片U4的型号为VID6608，步进电机M1的型号是VID2305。

本发明同背景技术相比所产生的有益效果：1、本发明采用CAN总线技术和具有CAN总线接口的单片机做控制核心，可显示用户选择的0-9共计十个LNG气瓶中的液位信号和瓶组信号，解析对应瓶号的液位信号并驱动步进电机将仪表CAN通讯是否正常、容量是否超限、LNG气瓶的剩余百分比容量等信息通过CAN总线直观显示在汽车仪表屏上，更好地满足人们的视觉习惯；2、它具有性能稳定可靠、使用方便快捷、显示直观、易于维护等优点。

附图说明

图1为液化天然气气瓶液位显示系统的系统方框图。

图2为本发明车载液化天然气气瓶液位显示仪的的总体方框图。

图3为本发明车载液化天然气气瓶液位显示仪的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述。

参看图1、图2、图3，一种车载液化天然气气瓶液位显示仪，它包括单片机控制电路1、CAN节点接口电路2、键盘输入电路3、电源电路4、显示电路5、背景照明电路6、步进电机驱动电路7。

参看图3，单片机控制电路1包括单片机芯片U1。

单片机芯片U1接收CAN总线上的信号，解析读取对应瓶号的容量信息并判断容量是否在正常范围内，计算出步进电机驱动电路7上的步进电机M1的转动方向和步数并输出控制信号传输至步进电机驱动电路7，驱动步进电机M1的指针指示相应LNG气瓶的剩余百分比容量。

单片机芯片U1驱动显示电路5上的数码管MD1显示相应的LNG气瓶的瓶号。

单片机芯片U1的型号为PIC18F4580-I/PT。

参看图3，CAN节点接口电路2包括接口芯片U2、限流电阻（R11、R12）、瞬变电压抑制二极管（D1、D2）、滤波电容（C5、C6）。

接口芯片U2为CAN总线提供差动的发送功能和接收功能，是单片机控制电路1与CAN总线之间的联络中枢。

2个限流电阻（R11、R12）用于保护接口芯片U2免受过流冲击。

2个瞬变电压抑制二极管（D1、D2）用于保护接口芯片U2免受各种浪涌脉冲的损坏。

2个滤波电容（C5、C6）用于降低CAN总线上的高频辐射。

接口芯片U2的型号为TJA1040，2个瞬变电压抑制二极管（D1、D2）的型号均为P6KE33A。

参看图3，键盘输入电路3包括切换按钮S1、由DS1～DS5与KI1～KI4组成的矩阵键盘。

矩阵键盘采用动态扫描键盘和显示数据，用于LNG气瓶的瓶号标定和参数设置。

切换按钮S1用于进行LNG气瓶的瓶号切换，使车载液化天然气气瓶液位显示仪实现一车控制多个气瓶的功能。

参看图3，电源电路4包括反接和过流保护电路、开关电源、共模电感L1、发光二极管POW1。

反接和过流保护电路包括自恢复保险丝F1、二极管D4。

当电路发生短路或者过载时，自恢复保险丝F1迅速断开，电流被迅速夹断，对仪表内部电路起到快速保护作用。

当短路或者过载消除后，自恢复保险丝F1自动恢复为正常接通状态。

二极管D4用于防止电源反接损坏仪表内部电路。

开关电源包括稳压芯片VR1、电感L2、二极管D3、3个电容（C7、C9、C12），开关电源输出5V直流电流，在汽车复杂的电源环境中为液位显示仪表系统提供稳定的电源。

稳压芯片VR1的型号为LM2574N-5.0。

共模电感L1用于滤除液位显示仪表外部的共模电磁干扰，同时抑制液位显示仪表内部不向外发出电磁干扰。

发光二极管POW1为液位显示仪表提供电源指示灯。

参看图3，显示电路5包括1个双色发光二极管SE1、1个一位7段的数码管MD1、三极管DQ1、三极管DQ2。

显示电路5显示用户选择的LNG气瓶瓶号、仪表CAN通讯是否正常、容量是否超限、液位剩余容量。

三极管DQ1通过单片机控制电路1上DS2引脚发送的控制信号控制数码管MD1，数码管MD1显示用户选择的0-9共计十个LNG气瓶对应的瓶号，小数点显示对应瓶号的变送器的自校准功能是否开启。

三极管DQ2通过单片机控制电路1上DS6引脚发送的控制信号控制双色发光二极管SE1，双色发光二极管SE1显示仪表CAN通讯是否正常和LNG气瓶容量是否超限并进行报警。

指针刻度盘显示LNG气瓶的剩余容量百分比。

参看图3，背景照明电路6包括场致发光驱动器U3、电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13）。

背景照明电路6为仪表刻度盘提供背景照明，满足车辆夜间行驶时驾驶员对液位的视读。

场致发光驱动器U3是一个内含高频振荡器、低频振荡器的高压桥式输出驱动器，场致发光驱动器U3与外围元件电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13）组成高压驱动电路，驱动场致发光仪表盘的刻度和字体发光。

场致发光驱动器U3的型号是IMP803。

电阻（R22、R23、R24）用于设置场致发光驱动器U3内部高频振荡器、低频振荡器的频率，并且进行输出端限流。

电感L3构成自举升压电路。

二极管D5作电压钳位使用。

电容（C11、C12、C13）用于抑制噪声，同时储存经过二极管D5转换的电感能量。

参看图3，步进电机驱动电路7包括驱动芯片U4、步进电机M1。

驱动芯片U4的频率控制端接收单片机控制电路1上单片机芯片U1发出的转动脉冲信号和旋转方向信号。

接收的转动脉冲信号通过驱动芯片U4的输出端控制步进电机M1输出轴的微步转动，每个转动脉冲对应步进电机M1输出轴转动1/12°，步进电机M1输出轴转动的最大角速度为600°/s。

旋转方向信号通过驱动芯片U4的方向端控制步进电机M1的旋转方向。

步进电机M1带LED光轴显示功能，方便夜间指针示读。

驱动芯片U4的型号为VID6608。

步进电机M1的型号是VID2305。

Claims (7)

1.一种车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于它包括单片机控制电路（1）、CAN节点接口电路（2）、键盘输入电路（3）、电源电路（4）、显示电路（5）、背景照明电路（6）、步进电机驱动电路（7）；

所述的单片机控制电路（1）包括单片机芯片U1；

单片机芯片U1接收CAN总线上的信号，解析读取对应瓶号的容量信息并判断容量是否在正常范围内，计算出步进电机驱动电路（7）上的步进电机M1的转动方向和步数并输出控制信号传输至步进电机驱动电路（7），驱动步进电机M1的指针指示相应LNG气瓶的剩余百分比容量；

单片机芯片U1驱动显示电路（5）上的数码管MD1显示相应的LNG气瓶的瓶号；

所述的CAN节点接口电路（2）包括接口芯片U2、限流电阻（R11、R12）、瞬变电压抑制二极管（D1、D2）、滤波电容（C5、C6）；

接口芯片U2为CAN总线提供差动的发送功能和接收功能；

限流电阻（R11、R12）用于保护接口芯片U2免受过流冲击；

瞬变电压抑制二极管（D1、D2）用于保护接口芯片U2免受各种浪涌脉冲的损坏；

滤波电容（C5、C6）用于降低CAN总线上的高频辐射；

所述的键盘输入电路（3）包括切换按钮S1、由DS1～DS5与KI1～KI4组成的矩阵键盘；

矩阵键盘采用动态扫描键盘和显示数据，用于LNG气瓶的瓶号标定和参数设置；

切换按钮S1用于进行LNG气瓶的瓶号切换，使车载液化天然气气瓶液位显示仪实现一车控制多个气瓶的功能；

所述的电源电路（4）包括反接和过流保护电路、开关电源、共模电感L1、发光二极管POW1；

反接和过流保护电路包括自恢复保险丝F1、二极管D4；

当电路发生短路或者过载时，自恢复保险丝F1迅速断开，对仪表内部电路起到快速保护作用；

当短路或者过载消除后，自恢复保险丝F1自动恢复为正常接通状态；

二极管D4用于防止电源反接损坏仪表内部电路；

开关电源包括稳压芯片VR1、电感L2、二极管D3、电容（C7、C9、C12）；

开关电源输出5V直流电流，在汽车复杂的电源环境中为液位显示仪表系统提供稳定的电源；

共模电感L1用于滤除液位显示仪表外部的共模电磁干扰，同时抑制液位显示仪表内部不向外发出电磁干扰；

发光二极管POW1为液位显示仪表提供电源指示灯；

所述的显示电路（5）包括双色发光二极管SE1、一位7段的数码管MD1、三极管DQ1、三极管DQ2；

显示电路（5）显示用户选择的瓶号、仪表CAN通讯是否正常、容量是否超限、液位剩余容量；

三极管DQ1通过单片机控制电路（1）上DS2引脚发送的控制信号控制数码管MD1，数码管MD1显示用户选择的0-9共计十个LNG气瓶对应的瓶号，小数点显示对应瓶号的变送器的自校准功能是否开启；

三极管DQ2通过单片机控制电路（1）上DS6引脚发送的控制信号控制双色发光二极管SE1，双色发光二极管SE1显示仪表CAN通讯是否正常和LNG气瓶容量是否超限并进行报警；

指针刻度盘显示LNG气瓶的剩余容量百分比；

所述的背景照明电路（6）包括场致发光驱动器U3、电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13）；

背景照明电路（6）为仪表刻度盘提供背景照明；

场致发光驱动器U3是一个内含高频振荡器、低频振荡器的高压桥式输出驱动器，场致发光驱动器U3与外围元件电阻（R22、R23、R24）、电感L3、二极管D5、电容（C11、C12、C13）组成高压驱动电路，驱动场致发光仪表盘的刻度和字体发光；

电阻（R22、R23、R24）用于设置场致发光驱动器U3内部高频振荡器、低频振荡器的频率，并且进行输出端限流；

电感L3构成自举升压电路；

二极管D5作电压钳位使用；

电容（C11、C12、C13）用于抑制噪声，同时储存经过二极管D5转换的电感能量；

所述的步进电机驱动电路（7）包括驱动芯片U4、步进电机M1；

驱动芯片U4的频率控制端接收单片机控制电路（1）上单片机芯片U1发出的转动脉冲信号和旋转方向信号；

转动脉冲信号通过驱动芯片U4的输出端控制步进电机M1输出轴的微步转动；

旋转方向信号通过驱动芯片U4的方向端控制步进电机M1的旋转方向；

步进电机M1带LED光轴显示功能，方便夜间指针示读。

2.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的单片机控制电路（1）中单片机芯片U1的型号为PIC18F4580-I/PT。

3.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的接口电路（2）中接口芯片U2的型号为TJA1040，瞬变电压抑制二极管（D1、D2）的型号均为P6KE33A。

4.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的电源电路（4）中稳压芯片VR1的型号为LM2574N-5.0。

5.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的背景照明电路（6）中场致发光驱动器U3的型号为IMP803。

6.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的步进电机驱动电路（7）中驱动芯片U4的型号为VID6608，步进电机M1的型号是VID2305。

7.根据权利要求1所述的车载液化天然气气瓶液位显示仪，其特征在于：所述的步进电机驱动电路（7）中驱动芯片U4接收单片机控制电路（1）上单片机芯片U1发出的转动脉冲信号，每个转动脉冲对应步进电机M1输出轴转动1/12°，步进电机M1输出轴转动的最大角速度为600°/s。