CN105807699B - 车载低功耗综合仪表电路 - Google Patents

车载低功耗综合仪表电路 Download PDF

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Abstract

一种车载低功耗综合仪表电路，包括与处理器模块连接的供电电路、无线通讯模块、存储器模块、磁感应模块、气压检测模块、震动检测模块及显示模块；磁感应模块用于感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场，并通过瞬时强磁场唤醒处理器模块，和用于采集地球磁场信息并传送给处理器模块。本发明的车载低功耗综合仪表电路采用磁感应模块感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场来唤醒车载仪表，可以无需车载电源供电、功耗低、只需自身携带太阳能供电系统即可实现常年工作。

Description

车载低功耗综合仪表电路
技术领域
本发明属于车载电器技术领域，主要涉及一种车载低功耗综合仪表电路。
背景技术
随着经济的发展和人们生活水平的提高，车辆日益走进千家万户，随着科技的发展，车载仪表的功能越来越丰富，现有的车载仪表一般分为车载电源供电和自带电源供电。车载电源一般不用考虑功耗的问题，但是需要导线连接或者单独走线，车辆的晃动会导致导线接口的松动，操作不便，安全隐患大。自带电源供电一般通过普通电池或者充电电池供电，充电电池通过车载电源或者太阳能等多种形式充电，自带电源的车载仪表虽然便于移动，安全性高，但是不能够连续持久的供电，在电路中不存在让其休眠的模块及功能，这些车载仪表在停车及晚上还在继续开机，会造成第二天使用的时候没电的问题，同时也对其内部的储存电池的寿命不利，有待改进。因此，车载电子设备的功耗一直备注人们的关注。现有的很多车载电子设备，为了降低功耗，常常设定一个时间，若是车载电子设备不需要工作的时间超过设定时间，车载电子设备自动进入休眠待机模式，需要工作时，触动相应的开关来唤醒车载电子设备，此种唤醒方式需要操作，不具有自动唤醒功能。还有一些车载电子设备设有加速度传感器，通过晃动的方式自动唤醒车载电子设备，但是在车辆晃动小或者刚启动没有开动时该车载电子设备无法被唤醒。车辆的发动机启动时，会产生一个瞬时的强磁场，现有技术中还没有利用该强磁场唤醒车载仪表的技术方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种无需车载电源供电、低功耗、功能丰富的车载低功耗综合仪表电路。
本发明的技术方案是：
一种车载低功耗综合仪表电路，其特征在于，包括
处理器模块，用于实时的采集并处理车辆运行参数信息；
供电电路，用于为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电；
无线通讯模块，用于建立处理器模块与外部设备的无线通讯；
存储器模块，用于存储系统配置信息，磁场、气压相关校准参数以及用户设置；
磁感应模块，用于感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场，并通过瞬时强磁场唤醒处理器模块；和用于采集地球磁场信息并传送给处理器模块；
气压检测模块，用于采集大气压力信息并将采集到的大气压力信息传送给处理器模块；
震动检测模块，用于检测车辆加速度、震动数据，并将采集到的车辆加速度、震动数据传送给处理器模块，震动检测模块用于唤醒处理器模块；
显示模块，用于将处理器模块的车辆运行参数信息实时的显示出来。
优选的，所述的处理器模块包括NRF51822芯片，所述的无线通讯模块包括GPS模块S-39F，所述的存储器模块包括W25Q64存储器芯片，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与W25Q64存储器芯片连接，所述的磁感应模块包括HMC5883L弱磁传感器，所述的气压检测模块包括BMP180气压传感器，所述的震动检测模块包括ADXL362三轴加速度计，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与ADXL362三轴加速度计连接，所述的显示模块包括LCD显示屏及LED发光二极管。
优选的，所述的NRF51822芯片的P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚分别与HMC5883L弱磁传感器的HMC_EN管脚、HMC_SCL管脚、HMC_SDA管脚连接；NRF51822芯片的P0.14管脚、P0.15管脚、P0.16管脚分别与BMP180气压传感器的BMP_SDA管脚、BMP_SCL管脚、BMP_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.21管脚、P0.22管脚、P0.23管脚、P0.24管脚、P0.25管脚分别与LCD显示屏的LCD_CS管脚、LCD_A0管脚、LCD_SCL管脚、LCD_SDA管脚、LCD_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.00管脚、P0.28管脚、P0.29管脚分别与GPS模块S-39F的GPS_EN管脚、GPS_RX管脚、GPS_TX管脚连接，GPS模块S-39F的GPS_ANT_IN管脚连接至RF-Switch射频开关的COM管脚，RF-Switch射频开关连接有GPS天线电路；所述的ADXL362三轴加速度计的ADX_EN管脚并联至四个CD4066双向模拟开关的CNTL管脚，NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚分别连接四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接ADXL362三轴加速度计的ADX_SCLK管脚、ADX_MOSI管脚、ADX_MOSO管脚、ADX_CS管脚；NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚同时分别连接另外四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，另外四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接W25Q64存储器芯片的W25_SCLK管脚、W25_MOSI管脚、W25_MOSO管脚、W25_CS管脚。
优选的，所述的无线通讯模块还包括无线蓝牙模块，无线蓝牙模块的蓝牙天线的一端并联有电感L1和电容C15，电感L1的另一端并联有电容C12和电容C16，电容C12的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT2管脚和电感L2，电感L2的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT1管脚和电感L3，电感L3的另一端同时连接NRF51822芯片的WDD_PA管脚和电容C19，NRF51822芯片的DEC2管脚连接电容C18，电容C18、电容C19、电容C16、电容C15及蓝牙天线的另一端共地连接。
优选的，所述的供电电路包括太阳能面板及充电电池BT1，太阳能面板通过CN3058充电电路为充电电池BT1充电，CN301电池电压监测芯片为充电电池BT1提供电压监测，充电电池BT1通过HT7330电压稳压电路为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电。
优选的，还包括按键模块，所述的按键模块包括三路并联的按键电路K1、K2、K3，按键电路K1、K2、K3均与NRF51822芯片的P0.20管脚连接。
本发明的有益效果是：
磁感应模块能检测三维的磁场强度变化，一般的磁场干扰都相对缓慢变化，而发动机在启动过程中电路系统会产生瞬间的瞬时强磁场。这些干扰虽然非常微弱，但高灵敏度的磁感应传感器能捕获到这瞬间的变化，通过对比平时磁场强度来判断是否唤醒设备。
1.本发明的车载低功耗综合仪表电路采用磁感应模块感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场来唤醒车载仪表，可以无需车载电源供电、功耗低、只需自身携带太阳能供电系统即可实现常年工作。
2.相比于一般电池供电的车载仪表，本发明由于可以自动唤醒车载仪表和自动使车载仪表进入休眠模式，可以有效的避免电池的过度放电，延长电池的使用寿命。
3.很多车辆在发动机启动但没有行驶时自身的晃动量小，振动模块不能够及时的唤醒车载仪表，可靠性差；本发明采用磁感应模块感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场来唤醒车载仪表，只要发动机启动即可唤醒车载仪表，相比于振动唤醒模式，可靠性更高。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明中处理器模块的电路图；
图3是本发明中磁感应模块的电路图；
图4是本发明中气压检测模块的电路图；
图5是本发明中供电电路的电路图；
图6是本发明中LED数码管的电路图；
图7是本发明中按键模块的电路图；
图8是本发明中存储器模块的电路图；
图9是本发明中GPS模块S-39F的电路图；
图10是本发明中震动检测模块的电路图；
图11是本发明中LCD显示屏的电路图；
图12是本发明中CD4066双向模拟开关的电路图；
图13是本发明中RF-Switch射频开关及GPS天线电路的电路图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式参见图1-13，一种车载低功耗综合仪表电路，包括
处理器模块，用于实时的采集并处理车辆运行参数信息；
供电电路，用于为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电；
无线通讯模块，用于建立处理器模块与外部设备的无线通讯；
存储器模块，用于存储系统配置信息，磁场、气压相关校准参数以及用户设置；
磁感应模块，用于感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场，并通过瞬时强磁场唤醒处理器模块；和用于采集地球磁场信息并传送给处理器模块；
气压检测模块，用于采集大气压力信息并将采集到的大气压力信息传送给处理器模块；
震动检测模块，用于检测车辆加速度、震动数据，并将采集到的车辆加速度、震动数据传送给处理器模块，震动检测模块用于唤醒处理器模块；
显示模块，用于将处理器模块的车辆运行参数信息实时的显示出来。
处理器模块采用NRF51822芯片，NRF51822芯片是自带蓝牙功能的32位低功耗微处理器。无线通讯模块采用GPS模块S-39F；存储器模块采用W25Q64存储器芯片，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与W25Q64存储器芯片连接；磁感应模块采用HMC5883L弱磁传感器；气压检测模块采用BMP180气压传感器；震动检测模块采用ADXL362三轴加速度计，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与ADXL362三轴加速度计连接，显示模块采用LCD显示屏及LED发光二极管。
NRF51822芯片的P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚分别与HMC5883L弱磁传感器的HMC_EN管脚、HMC_SCL管脚、HMC_SDA管脚连接；NRF51822芯片的P0.14管脚、P0.15管脚、P0.16管脚分别与BMP180气压传感器的BMP_SDA管脚、BMP_SCL管脚、BMP_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.21管脚、P0.22管脚、P0.23管脚、P0.24管脚、P0.25管脚分别与LCD显示屏的LCD_CS管脚、LCD_A0管脚、LCD_SCL管脚、LCD_SDA管脚、LCD_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.00管脚、P0.28管脚、P0.29管脚分别与GPS模块S-39F的GPS_EN管脚、GPS_RX管脚、GPS_TX管脚连接，GPS模块S-39F的GPS_ANT_IN管脚连接至RF-Switch射频开关的COM管脚，RF-Switch射频开关连接有GPS天线电路；所述的ADXL362三轴加速度计的ADX_EN管脚并联至四个CD4066双向模拟开关的CNTL管脚，NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚分别连接四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接ADXL362三轴加速度计的ADX_SCLK管脚、ADX_MOSI管脚、ADX_MOSO管脚、ADX_CS管脚；NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚同时分别连接另外四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，另外四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接W25Q64存储器芯片的W25_SCLK管脚、W25_MOSI管脚、W25_MOSO管脚、W25_CS管脚。由于NRF51822芯片的IO资源有限，CD4066双向模拟开关的作用是对其进行IO扩展，增加系统的外设挂载能力。W25Q64和ADXL362通过使能控制让它们分时工作。
无线通讯模块还包括无线蓝牙模块，无线蓝牙模块的蓝牙天线的一端并联有电感L1和电容C15，电感L1的另一端并联有电容C12和电容C16，电容C12的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT2管脚和电感L2，电感L2的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT1管脚和电感L3，电感L3的另一端同时连接NRF51822芯片的WDD_PA管脚和电容C19，NRF51822芯片的DEC2管脚连接电容C18，电容C18、电容C19、电容C16、电容C15及蓝牙天线的另一端共地连接。
供电电路包括太阳能面板及充电电池BT1，太阳能面板通过CN3058充电电路为充电电池BT1充电，CN301电池电压监测芯片为充电电池BT1提供电压监测，充电电池BT1通过HT7330电压稳压电路为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电。
还包括按键模块，所述的按键模块包括三路并联的按键电路K1、K2、K3，按键电路K1、K2、K3均与NRF51822芯片的P0.20管脚连接。按键可以进行多种复用功能，在正常工作中短按可以点亮背光来增强现实，长按5秒可以让设备进入睡眠状态以进一步减低功耗，长按10秒可以让设备重启。
工作过程：
车辆的发动机在启动时，会产生一个瞬时强磁场，HMC5883L弱磁传感器采集到瞬时强磁场后唤醒NRF51822芯片。NRF51822芯片唤醒后，HMC5883L弱磁传感器采集地球磁场信息，BMP180气压传感器采集大气压力信息，ADXL362三轴加速度计采集车辆加速度、震动数据。 NRF51822芯片在车辆没有晃动的情况下（即ADXL362三轴加速度计没有信号输入），S分钟（根据具体需要设定S值）后自动切换到待机模式，最大限度的节约电能。当HMC5883L弱磁传感器采集到的瞬时强磁场的强度超过设定值时，HMC5883L弱磁传感器唤醒NRF51822芯片。
唤醒包括以下步骤：
1）车辆启动，车辆的发动机在车辆启动时产生一个瞬时强磁场；
2）HMC5883L弱磁传感器采集到瞬时强磁场，HMC5883L弱磁传感器向NRF51822芯片提供外部中断；
3）在NRF51822芯片的比较寄存器中，NRF51822芯片调用比较程序将接收到外部中断与比较寄存器中存储的磁感应电压设定值比较，若外部中断大于磁感应电压设定值，则唤醒NRF51822芯片；若外部中断小于等于磁感应电压设定值，则不唤醒NRF51822芯片。
磁感应模块能检测三维的磁场强度变化，一般的磁场干扰都相对缓慢变化，而发动机在启动过程中电路系统会产生瞬间的电磁干扰。这些干扰虽然非常微弱，但高灵敏度的磁感应传感器能捕获到这瞬间的变化，通过对比平时磁场强度来判断是否唤醒处理器。处理器具有自适应学习能力，能分析环境磁场分布变化，从而降低干扰。
HMC5883L弱磁传感器唤醒NRF51822芯片时车辆的发动机开始工作但车辆处于静止状态，或者车辆处于平稳行走状态但车辆没有晃动；或者ADXL362三轴加速度计采集车辆状态信息中的车辆晃动时，ADXL362三轴加速度计唤醒NRF51822芯片，此时车辆正在行走或者虽然没有行走但是车辆出现了晃动。NRF51822芯片工作时，实时的采集地球磁场信息及大气压力信息，NRF51822芯片通过GPS模块S-39F与卫星通信，通过卫星定位实时的采集车辆的速度信息，车辆的方向信息通过HMC5883L弱磁传感器采集地球磁场信息获得，或者地球磁场信息和卫星定位二者相互矫正后得到；有GPS信号时采用地球磁场信息和卫星定位二者相互矫正的方式，没有GPS信号时采用地球磁场信息；NRF51822芯片将大气压力信息转换成海拔高度信息。LCD显示屏用来实时的显示当前车辆的方向信息、速度信息、海拔高度信息及日期信息，为驾驶员驾驶车辆提供实时的参考。
太阳能面板和充电电池为车载低功耗综合仪表电路中的各个模块供电，也可以通过USB接口为电池充电，LCD显示屏可以实时的显示充电电池的电量信息。
NRF51822芯片通过无线蓝牙模块与手机等外部设备通信，手机等外部设备通信也可以同步的显示当前车辆的方向信息、速度信息、海拔高度信息及日期信息。

Claims (4)

1.一种车载低功耗综合仪表电路，其特征在于，包括
处理器模块，用于实时的采集并处理车辆运行参数信息；
供电电路，用于为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电；
无线通讯模块，用于建立处理器模块与外部设备的无线通讯；
存储器模块，用于存储系统配置信息，磁场、气压相关校准参数以及用户设置；
磁感应模块，用于感应车辆发动机启动时的瞬时强磁场，并通过瞬时强磁场唤醒处理器模块；和用于采集地球磁场信息并传送给处理器模块；
气压检测模块，用于采集大气压力信息并将采集到的大气压力信息传送给处理器模块；
震动检测模块，用于检测车辆加速度、震动数据，并将采集到的车辆加速度、震动数据传送给处理器模块，震动检测模块用于唤醒处理器模块；
显示模块，用于将处理器模块的车辆运行参数信息实时的显示出来;
所述的处理器模块包括NRF51822芯片，所述的无线通讯模块包括GPS模块S-39F，所述的存储器模块包括W25Q64存储器芯片，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与W25Q64存储器芯片连接，所述的磁感应模块包括HMC5883L弱磁传感器，所述的气压检测模块包括BMP180气压传感器，所述的震动检测模块包括ADXL362三轴加速度计，NRF51822芯片通过CD4066双向模拟开关与ADXL362三轴加速度计连接，所述的显示模块包括LCD显示屏及LED发光二极管；
所述的NRF51822芯片的P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚分别与HMC5883L弱磁传感器的HMC_EN管脚、HMC_SCL管脚、HMC_SDA管脚连接；NRF51822芯片的P0.14管脚、P0.15管脚、P0.16管脚分别与BMP180气压传感器的BMP_SDA管脚、BMP_SCL管脚、BMP_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.21管脚、P0.22管脚、P0.23管脚、P0.24管脚、P0.25管脚分别与LCD显示屏的LCD_CS管脚、LCD_A0管脚、LCD_SCL管脚、LCD_SDA管脚、LCD_EN管脚连接；NRF51822芯片的P0.00管脚、P0.28管脚、P0.29管脚分别与GPS模块S-39F的GPS_EN管脚、GPS_RX管脚、GPS_TX管脚连接，GPS模块S-39F的GPS_ANT_IN管脚连接至RF-Switch射频开关的COM管脚，RF-Switch射频开关连接有GPS天线电路；所述的ADXL362三轴加速度计的ADX_EN管脚并联至四个CD4066双向模拟开关的CNTL管脚，NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚分别连接四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接ADXL362三轴加速度计的ADX_SCLK管脚、ADX_MOSI管脚、ADX_MOSO管脚、ADX_CS管脚；NRF51822芯片的SPI_SCLK管脚、SPI_MOSI管脚、SPI_MOSO管脚、SPI_CS管脚同时分别连接另外四个CD4066双向模拟开关的IN/OUT管脚，另外四个CD4066双向模拟开关的OUT/IN管脚分别对应的连接W25Q64存储器芯片的W25_SCLK管脚、W25_MOSI管脚、W25_MOSO管脚、W25_CS管脚。
2.根据权利要求1所述的车载低功耗综合仪表电路，其特征在于，所述的无线通讯模块还包括无线蓝牙模块，无线蓝牙模块的蓝牙天线的一端并联有电感L1和电容C15，电感L1的另一端并联有电容C12和电容C16，电容C12的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT2管脚和电感L2，电感L2的另一端同时连接NRF51822芯片的ANT1管脚和电感L3，电感L3的另一端同时连接NRF51822芯片的WDD_PA管脚和电容C19，NRF51822芯片的DEC2管脚连接电容C18，电容C18、电容C19、电容C16、电容C15及蓝牙天线的另一端共地连接。
3.根据权利要求2所述的车载低功耗综合仪表电路，其特征在于，所述的供电电路包括太阳能面板及充电电池BT1，太阳能面板通过CN3058充电电路为充电电池BT1充电，CN301电池电压监测芯片为充电电池BT1提供电压监测，充电电池BT1通过HT7330电压稳压电路为处理器模块、无线通讯模块、显示模块及存储器模块供电。
4.根据权利要求3所述的车载低功耗综合仪表电路，其特征在于，还包括按键模块，所述的按键模块包括三路并联的按键电路K1、K2、K3，按键电路K1、K2、K3均与NRF51822芯片的P0.20管脚连接。
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