CN104992550A - 基于以太网的总线仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，包括ARM，ARM分别与以太网收发模块、电源模块、输入输出单元、通讯接口、人机界面、存储单元连接。本发明在传统仪表的基础上，新增了以太网功能；相对很多传统仪表只有输入功能，本发明的仪表还有高边输出功能；而且通讯接口丰富，同时具有CAN、K-LINE/LIN、RS485和RS232等；具有丰富的输入功能，可以满足不同车型。由于车联网的兴起，仪表将像综合信息系统方向发展，因此本发明的优点是增强了仪表功能，人机界面元素丰富，真正地使车载电子互联一体化，降低了生产维护费用。

Description

基于以太网的总线仪表

技术领域

本发明涉及一种基于以太网的总线仪表(MULTIC S)，用于扩展CAN总线仪表的功能，以达到在原有的总线仪表上增强功能的目的，属于仪表技术领域。

背景技术

目前，在国内客车上的总线仪表，基本上都是使用CAN来进行和挂接在总线上的其他ECU进行通讯，随着目前新能源车的兴起，车身总线上挂接的ECU越来越多，对于信息的传输速率也提出了更高的要求，CAN总线在传输速率方面有着自己的局限性，同时对于仪表固件的更新，目前多数都靠专门的CAN总线工具由电脑进行更新，缺点是CAN总线工具属于专用工具价格昂贵，且容易损坏，导致产品的维护费用居高不下。目前包括LIN、CAN/CAN-FD和FlexRay在内已经出台了9个专用汽车网络规范。其中，FlexRay的传输速率为10Mbps，而以太网的传输速度将是前者的10倍。另外，随着客户对仪表功能需求的增加及对图形元素显示要求的提高，这就增加嵌入式软件的容量，由于CAN总线在传输速率的限制，相应的传输时间就会增加，影响了生产效率。因此需要一种带多种通讯接口的仪表来满足客户的需求，克服以上的弊端。

同时，传统仪表只能给驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求。随着现代电子技术的发展，多功能高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表不断在汽车上应用，汽车仪表正向“综合信息系统”的方向发展，其功能不局限于现在的车速、里程、发动机转速、油量、水温、方向灯指示，还可能增添一些功能，如时速表、发动机转速表和油量表将被集网络、诊断和数字显示功能于一体的液晶屏幕所取代，并通过车载动态信息系统的“专家智囊团”实现现场诊断、道路自主导航、电子地图、车辆定位动态显示等功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种功能强、生产维护费用低、车载电子互联一体化的基于以太网的总线仪表，解决了传统仪表只能给驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求，由于目前CAN总线在传输速率的限制，相应的传输时间就会增加，影响了生产效率的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，包括ARM，ARM分别与以太网收发模块、电源模块、输入输出单元、通讯接口、人机界面、存储单元连接。

优选地，所述的电源模块包括电源滤波电路单元和用来给LCD屏幕背光供电的LCD电源供电单元。

优选地，所述的电源模块包括用来抑制电源线上传导电瞬态干扰的电瞬态抑制电路、用来防止因电源正负极接错而导致系统损坏的电源反接保护电路、用来泄放仪表休眠是电源串电的电流泄放电路、用来抑制系统本身产生的干扰防止对外部设备产生干扰以及抑制外部设备产生的干扰防止对系统本身产生干扰的EMI滤波电路和电源转换电路。

优选地，所述的输入输出单元包括唤醒输入、频率量输入、模拟量输入、低逻辑量输入、通用输入、高边输出、车速复制输出、C3/B7输出、传感器电压输出。

优选地，所述的通讯接口包括CAN通讯接口、K-LINE通讯接口、LIN通讯接口、RS485通讯接口及RS232通讯接口。

优选地，所述的人机界面包括计量表、符号片、扬声器、按钮、视频输入、显示模块。

优选地，所述的存储单元包括FLASH、SD卡及EEPROM。

优选地，所述的ARM还与背光模块连接。

优选地，所述的ARM还与实时时钟模块、步进电机驱动模块连接。

本发明在传统仪表的基础上，新增了以太网功能；相对很多传统仪表只有输入功能，本发明的仪表还有高边输出功能；而且通讯接口丰富，同时具有CAN、K-LINE/LIN、RS485和RS232等；具有丰富的输入功能，可以满足不同车型。由于车联网的兴起，仪表将像综合信息系统方向发展，因此本发明的优点是增强了仪表功能，人机界面元素丰富，真正地使车载电子互联一体化，降低了生产维护费用。

附图说明

图1为一种基于以太网的总线仪表的应用系统框图；

图2为一种基于以太网的总线仪表的电路模块示意图；

图3为以太网模块框示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明为一种基于以太网的总线仪表，如图2所示，其包括电源模块、ARM、以太网模块、与ARM(单片机)相连的输入输出单元、通讯接口、实时时钟模块、显示模块、指针信号驱动模块(即计量表)、报警符号片模块(即符号片)、数据存储模块(即存储单元)及语音报警模块。

该发明的仪表集成了以太网功能，其他通信接口丰富，包括CAN、K-LINE和LIN、RS485和RS232，具有高边输出功能，具有丰富的输入，满足各种车型要求，其还具有语音报警模块、实时时钟模块、显示模块、步进电机驱动模块、报警符号片模块、车速复制C3/B7输出模块等等。

CAN通讯接口丰富，多达5路，且可以通过CAN唤醒仪表，即常说的CAN唤醒功能。除常用的CAN通讯接口外，还包含RS485和RS232通讯接口。其还根据接收的信号，驱动步进电机，显示车速、发动机转速等。对输入的车速信号经过滤波放大后，再经过电路输出车速复制C3/B7信号。单片机可对输入信号处理，然后决定报警符号片的亮灭。

ARM分别与以太网收发模块、电源模块、输入输出单元、通讯接口、人机界面、存储单元连接。

ARM作为系统的核心，处理外部接收的信号(如逻辑量输入，CAN及以太网等)，做出相应的处理(如通过人机界面显示、报警等)。

由电源模块为本发明的整个仪表供电，其连接到车身电源系统。

电源模块包括电源滤波电路单元和LCD电源供电单元，电源模块有电瞬态抑制电路、电源反接保护电路、电流泄放电路、EMI滤波电路和电源转换电路。

电瞬态抑制电路，用来抑制电源线上传导电瞬态干扰；电源滤波电路包括EMI滤波电路。

电流泄放电路，用来泄放仪表休眠时电源串电；

LCD电源供电单元，用来给LCD屏幕背光供电，及LCD所需的伽马电路。

电源反接保护电路，用来防止因电源正负极接错而导致系统损坏。

EMI滤波电路，用来抑制系统本身产生的干扰防止对外部设备产生干扰以及抑制外部设备产生的干扰防止对系统本身产生干扰；

电源转换电路，为开关电源其转换效率可达90％以上，可有效利用车辆蓄电池提供的能量，通过电源转换电路转换后的电源提供给单片机及其他模块使用。

输入输出单元，包含低逻辑量输入、通用输入(可以作为高、低、模拟量输入)、频率量输入、唤醒输入、模拟量输入(包括大小电阻软件可配、电阻电压型硬件可配及高压输入)等，同时含有高边输出、车速复制输出、C3/B7输出、传感器电压输出单元(如给监控设备供电)等。本发明的仪表含有丰富的输入输出，很多传统仪表不具有高边输出功能。

一、唤醒输入：包含低唤醒和高唤醒，根据实际车况使用，如当汽车钥匙旋转到ACC档时，唤醒部分电路，旋转到ON档时唤醒全部电路，仪表正常工作。

二、频率量输入：接收车速传感器的方波信号，经过滤波放大电路，将处理后的信号给MCU经过一些算法处理，可以直接在显示屏上显示当前车速，或者将处理后信号给步进电机，通过仪表指针显示车速；另外也可将滤波放大后的信号再经过电路处理直接输出车速复制信号C3供缓速器等使用。

三、模拟量输入：采集各传感器(如水温、机油压力传感器等)的信号，经过处理，然后发送给MCU，模数转换后得出相应的数值。

四、低逻辑量输入：当司机做相应操作时(打开右转向)，仪表会接受到输入信号，将输入信号经过移位寄存器再传输到MCU，MCU执行相应操作，有些是通过CAN将信息传输到汽车模块，然后模块打开高边输出，完成相应操作(如右转向灯打开)，同时在仪表上显示相应操作(如右转向符号片闪烁)。

五、通用输入：通用输入可以通过软件配置成高低逻辑量输入和模拟量输入，视实际情况使用，具体过程和逻辑量输入相似。

六、高边输出：当接收到逻辑量或者通用输入有效时，就会打开高边输出，驱动相应操作(如打开近光灯)。高边输出使用的是高边MOSFET开关，当MCU接收到输入信号时，就会有相应的输出信号控制MOSFET。

以太网收发模块：以太网主要用于应用程序的下载更新及与外部车载设备通讯，实现整车互联。电路主要是MCU通过PHY和网络变压器与外部设备相连接，如图3所示。

通讯接口，仪表除以太网外还有CAN、K-LINE、LIN、RS485及RS232等通讯接口，满足不同通讯要求。

一、CAN通讯接口，连接到车身CAN通讯网络。该通讯模块包含：CAN网络阻抗匹配电路，可通过手工跳线的方式来决定是否需要把此部分匹配电路接入CAN网络；ESD保护&电瞬态抑制电路，用来防止ESD或经线束耦合的电瞬态对系统造成损害；共模干扰抑制电路，用来抑制CAN通讯线上的共模干扰；差分数据转换电路，把差分CAN数据转换成单片机可以识别的高低电压信号。

二、K-LINE/LIN通讯接口，连接到车身K-LINE/LIN通讯网络。电路主要由MCU的串口连接到收发器后再与车身通讯网络相连接。

人机界面，相比传统的仪表，该发明仪表的人机界面丰富，包括计量表、符号片、扬声器、按钮、视频输入、显示屏等等。

实时时钟模块包含：锂电池，可以在车身电源系统断电的情况下继续维持实时时钟模块的运行；晶体振荡器，为实时时钟模块提供精准的时间基准信号。实时时钟模块在系统运行的时候会定时向单片机发送时间数据，经单片机处理后的时钟数据会通过通讯模块发往车身CAN通讯网络。

报警符号片模块(即符号片)与单片机相连，单片机会根据输入的信息来确定是否需要报警，并在液晶屏上显示相应的符号片。

指针信号驱动模块(即计量表)，单片机接收传感器传来的频率量信号，通过内部程序处理，转化为指针偏移量，并在液晶屏上显示或者经过步进电机驱动电路，通过仪表指针显示。

数据存储模块(即存储单元)与单片机相连，单片机从通讯模块上接受数据经处理后储存于数据存储模块。

显示模块：由于MCU内含有显示驱动器，因此不需要驱动芯片驱动，只需提供显示所需的伽马电路及背光驱动电路。

背光模块是仪表的背景光，可以在夜间让指针及按键更清楚的显示。

存储单元，存储单元包括FLASH、SD卡及EEPROM。

本发明的仪表除了附带常规CAN、LIN、K-LINE等通讯接口外，多增加了一路以太网接口。这种仪表系统以液晶显示器为基础，车内通信可通过以太网与车载GPS、GPRS、WIFI、DVD光播放机和音响设备等构成乘员室配置部分。系统的主要功能有：导航、音响、通信、和信息处理等用来满足客户的多种需求。同时还可以通过外部CAN总线与发动机控制单元、制动防抱死系统、缓速器等通讯，而且可以通过内部CAN总线，和各种车身控制单元通讯，为更清楚说明应用，图1为仪表的应用系统图框，如图1中车身控制单元1到4分别为车身控制模块POWER15、POWER33、POWER S及POWER66。(车身控制模块主要功能为输入及功率输出，控制外部电气设备，如雨刮、远光灯)。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，包括ARM，ARM分别与以太网收发模块、电源模块、输入输出单元、通讯接口、人机界面、存储单元连接。

2.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的电源模块包括电源滤波电路单元和用来给LCD屏幕背光供电的LCD电源供电单元。

3.如权利要求1或2所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的电源模块包括用来抑制电源线上传导电瞬态干扰的电瞬态抑制电路、用来防止因电源正负极接错而导致系统损坏的电源反接保护电路、用来泄放仪表休眠时电源串电的电流泄放电路、用来抑制系统本身产生的干扰防止对外部设备产生干扰以及抑制外部设备产生的干扰防止对系统本身产生干扰的EMI滤波电路和电源转换电路。

4.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的输入输出单元包括唤醒输入、频率量输入、模拟量输入、低逻辑量输入、通用输入、高边输出、车速复制输出、C3/B7输出、传感器电压输出。

5.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的通讯接口包括CAN通讯接口、K-LINE通讯接口、LIN通讯接口、RS485通讯接口及RS232通讯接口。

6.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的人机界面包括计量表、符号片、扬声器、按钮、视频输入、显示模块。

7.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的存储单元包括FLASH、SD卡及EEPR0M。

8.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的ARM还与背光模块连接。

9.如权利要求1所述的一种基于以太网的总线仪表，其特征在于，所述的ARM还与实时时钟模块、步进电机驱动模块连接。