CN202219734U

CN202219734U - 一种电动汽车嵌入式智能仪表

Info

Publication number: CN202219734U
Application number: CN2011203333893U
Authority: CN
Inventors: 马建; 赵轩; 贺伊琳; 康留旺; 肖广朋
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2021-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车嵌入式智能仪表，包括嵌入在汽车仪表盘的显示单元和智能仪表电路，显示单元和智能仪表电路通过液晶控制器相连，智能仪表电路至少包括有嵌入式处理器，该嵌入式处理器上连接有时钟及复位电路、程序存储器、看门狗电路、触摸屏控制单元、串行接口、数据存储器、扩展接口和CAN总线接口，其中，CAN总线接口通过CAN总线和CAN接口与电子控制单元相连，电子控制单元连接模拟量、开关量单元。提高了仪表的精度、可靠性、可维护性和可测试性，能有效避免错误结果的输出。工作状态稳定，可靠性好，智能化程度高，可以对传统的汽车仪表进行完善与改造。

Description

一种电动汽车嵌入式智能仪表

技术领域

本实用新型涉及一种仪表，特别是一种电动汽车嵌入式智能仪表，该仪表实现了电动汽车在行驶过程中的车辆数据实时监测、显示功能，同时利用智能仪表的历史数据曲线功能，实现数据的存取与再现。提高了电动汽车监测数据的可读性，实现了汽车仪表的智能化、信息化和数字化，提高了车辆舒适性、可靠性与安全性。

背景技术

汽车在推动经济发展，提高人们生活水平的同时，也带来了能源短缺和环境污染等方面的问题。新能源汽车是解决这些问题最有效的途径。其中，电动汽车使用单一能源，而且控制方式简单，因此电动汽车已经成为新能源汽车方面的主要研究方向。由于电动汽车的结构特点、能源方式及控制方式与普通汽车有很大的不同，传统的汽车仪表难以满足纯电动汽车的需求，因此针对电动汽车的特殊性，研究设计适用于电动汽车的仪表是十分必要的。普通机械与电子仪表存在可靠性不高、包含信息量少、智能化程度低等缺点，智能仪表却能很好地解决了传统仪表存在的这些问题，因此，智能仪表已成为未来汽车仪表的发展趋势。

发明内容

针对上述现有仪表存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种电动汽车嵌入式智能仪表，能够实时显示监测车速、电机转速、蓄电池SOC、续驶里程、加速踏板开度、制动踏板开度、电机端电压、电机电流、蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池温度等车况参数，能够查看电机电压与电机电流历史曲线，实现了车辆运行信息的图形化和数字化显示，并具有数据存储再现功能。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种电动汽车嵌入式智能仪表，包括嵌入在汽车仪表盘的显示单元和智能仪表电路，显示单元和智能仪表电路通过液晶控制器相连，其特征在于，所述的智能仪表电路至少包括有嵌入式处理器，该嵌入式处理器上连接有时钟及复位电路、程序存储器、看门狗电路、触摸屏控制单元、串行接口、数据存储器、扩展接口和CAN总线接口，其中，CAN总线接口通过CAN总线和CAN接口与电子控制单元相连，电子控制单元连接模拟量、开关量单元。

本实用新型的其它特点是：

所述的嵌入式处理器选择mini2440开发板。

程序存储器内安装有WinCE操作系统和MCGS组态软件。

所述的显示单元选用嵌入式一体化工控机TCP7062K。

所述的电子控制单元选用MC9S12DG128B单片机。

本实用新型的电动汽车嵌入式智能仪表具有以下优点：

(1)采用WinCE操作系统和MCGS组态软件电动汽车嵌入式开发智能仪表，开发方法简单，开发周期短，开发风险小；

(2)显示单元使用了触摸屏，使得操作人员可以通过触摸屏与智能仪表进行交互，既符合传统汽车驾车人员的习惯，又利用了现代电子技术的优势，使汽车仪表具有多功能、智能化和操作使用简便的特点。

(3)MCGS中集成了大量函数，能够满足智能仪表对数据进行智能化处理和监测的需要。

(4)可以对车辆的参数信息进行曲线显示和信息存储，有利于对车辆的运行状况进行进一步的分析。

(5)电子控制单元选用freescale公司生产的MC9S12DG128B单片机，在车用单片机控制领域的市场占有份额较大，产品质量相对较好，采购更换容易方便。

(6)运行稳定，安全可靠。

(7)功能易于扩展。

附图说明

图1是本实用新型的电动汽车嵌入式智能仪表硬件总体设计方案结构框图；

图2是智能仪表CAN接口硬件电路图；

图3是单片机MC9S12DG128管脚图；

图4是电动汽车智能仪表显示单元主界面；

图5是电动汽车智能仪表故障自检界面；

图6是电动汽车智能仪表能量回收界面；

图7是电动汽车智能仪表动态监视界面；

图8是电动汽车智能仪表电机电流实时数据曲线界面；

图9是电动汽车智能仪表电机电流历史曲线界面。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的电动汽车嵌入式智能仪表，包括嵌入在汽车仪表盘的显示单元和智能仪表电路，显示单元和智能仪表电路通过液晶控制器相连，智能仪表电路至少包括有嵌入式处理器，该嵌入式处理器上连接有时钟及复位电路、程序存储器、看门狗电路、触摸屏控制单元、串行接口、数据存储器、扩展接口和CAN总线接口，其中，CAN总线接口通过CAN总线和CAN接口与电子控制单元相连，电子控制单元连接模拟量、开关量单元。

本实用新型采用CAN总线技术，其通信过程遵循Modbus通讯协议，采用CRC冗余校验对收发的数据进行正确性检验。可根据需要将存储的车辆运行参数以dat格式的文件写入显示单元自带的HARDDISH中，并通过仪表的USB接口将该文件传送至移动硬盘。同时，可利用显示单元对单片机反向控制，实现人机交互功能。

1、硬件设计

电动汽车嵌入式智能仪表的硬件主要包括汽车仪表盘的显示单元和智能仪表电路，智能仪表电路至少包括有嵌入式处理器、存储器、液晶显示器、通信接口和外围设备等。将智能仪表电路计成CAN网络上的智能节点，通过CAN接口接收电子控制单元发来的车速、电动机转速、电量、续驶里程及其它车况信息，并进行相应的分析和处理，处理的结果由液晶显示器进行显示，同时嵌入式处理器将驾驶员对液晶显示屏的操作处理成命令通过CAN总线传递给电子控制单元。

2、软件设计

为了实现车况信息的图形化界面显示，程序存储器内安装嵌入式操作系统+MCGS组态软件，主要包括启动界面、主界面、控制器故障自检显示界面、制动能量回收界面、动态监视界面、实时数据监测界面、IGBT电压曲线、IGBT电流曲线、IGBT温度曲线、电机电压曲线、电机电流曲线、电机温度曲线、蓄电池电压曲线、蓄电池电流曲线、蓄电机电压历史曲线、电机电流历史曲线界面。

主界面是电动汽车智能仪表中最重要的界面，包括车速表、电机转速表、SOC、左右转向灯、远近光灯、加速踏板与制动踏板开度等信息。除此之外，还具有动态监视、能量回收、故障自检、实时数据、电机电压历史曲线、电机电流历史曲线和六个跳转至其它界面的按钮。

控制器故障自检显示界面可对主控制器重要部件，如电源、上电、AD采样、开关信号等的工作状态进行监控。

制动能量回收界面将以曲线的形式分别反映制动能量回收的能量值、电流与效率三者随时间的变化关系。

动态监视界面中可设置IGBT电压、IGBT电流、IGBT温度、电机电压、电机电流、电机温度、蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池温度随时间变化曲线的纵坐标最大值。将其纵轴的最大值设为可调的，使得该仪表具有良好的通用性。

IGBT电压曲线界面可观察IGBT电压随时间的变化情况。

IGBT电流曲线界面可观察IGBT电流随时间的变化情况。

IGBT电压温度界面可观察IGBT温度随时间的变化情况。

电机电压曲线界面可观察电机电压随时间的变化情况。

电机电流曲线界面可观察电机电流随时间的变化情况。

电机温度曲线界面可观察电机温度随时间的变化情况。

蓄电池电压曲线界面可观察IGBT电压随时间的变化情况。

蓄电池电流曲线界面可观察IGBT电流随时间的变化情况。

蓄电池温度曲线界面可观察IGBT温度随时间的变化情况。

电机电压历史曲线界面可实现过去时间电机电压值的再现与浏览。

电机电流历史曲线界面可实现过去时间电机电流值的再现与浏览。

在MCGS软件环境下的实时数据库中定义仪表所需显示数据及中间变量的名称和属性，在设备窗口中选择通信设备为标准ModbusRTU设备，数据最小采集周期为20ms，通讯等待时间20ms，波特率19200，将定义好的变量与通道关联，完成与外界数据的交换。

3、智能仪表软硬件开发平台的建立

3.1嵌入式处理器的确定

嵌入式处理器选择性价比相对比较高的mini2440开发板作为智能仪表开发的主控模块。

mini2440是一款针对S3C2440的高性能学习开发平台，并适合用来作为开发高性能手持式以及便携式智能设备或终端。核心板使用三星公司的目前较先进的32位嵌入式ARM处理器S3C2440A系列，支持嵌入式WinCE操作系统和Linux操作系统。提供的外部资源及接口有：TFT 64K色LCD控制器以及触摸屏控制器，1个10M以太网RJ-45接口(采用DM9000网络芯片)，3个串行口，1个USB Host，1个USB Slave B型接口，1个SD卡存储接口，1路立体声音频输出接口，一路麦克风接口，1个2.0mm间距10针JTAG接口，1个用于AD模数转换测试的可调电阻，1个I²C总线接口(驱动AT24C08)，1个34引脚2.0mmGPIO扩展接口和1个40引脚的2.0mm系统总线扩展接口等。除了不具备CAN总线接口外，mini2440提供的资源能够基本满足智能仪表的要求。

3.2智能仪表CAN总线接口的设计

CAN总线接口是电动汽车嵌入式智能仪表与电动汽车完成信息共享的一个重要渠道，而主控模块mini2440提供的外部接口中并不包含CAN总线接口，为此采用SJA1000芯片作为CAN控制器，SJA1000是Philips公司的一款经典CAN总线控制器，用于移动目标和一般工业环境中的CAN控制网络。它具有完成CAN通信协议所要求的全部特性，支持CAN2.0A/B协议，在实际应用产品中占有很大的市场比率。采用PCA82C250芯片作为CAN收发器对智能仪表系统进行CAN接口的扩展其通讯速率可高达1Mbps。PCA82C250可以对总线提供不同的发送能力和对CAN控制器提供不同的接收能力，它符合CAN2.0标准，完全与“ISO11898”标准兼容。PCA82C250可以承受汽车环境中可能产生的高瞬变电压，具有总线保护瞬变、对电池和地的短路保护、热保护等功能，同时抗电磁干扰能力强。使用SJA1000进行智能仪表CAN接口扩展的电路原理图如图2所示。

3.3智能仪表CAN总线接口的驱动实现

智能仪表CAN总线接口的驱动开发依托于现有的软硬件平台，使用Embedded VisualC++编写。驱动程序由三部分组成：在WinCE内核中工作的WinCE设备驱动程序、嵌入式组态软件MCGS中的CAN父设备驱动程序及CAN子设备驱动程序。WinCE设备驱动程序位于OEM Adaptation Layor(OAL)层，它主要完成CAN卡初始化、信息的发送与接收、CAN卡事件处理等工作。嵌入式组态软件MCGS中的CAN父设备及子设备驱动的工作内容主要是完成通信速率的更改、通道的选择及应用层通信协议的实现等。

4、电子控制单元的设计

电子控制单元选择MC9S12DG128B单片机。

MC9S12DG128B单片机是Motorola公司M68HC12系列16位单片机中的一种，其内部结构主要有单片机基本部分组成，包括：一个中央处理器单元HCS12(CPU)，2个异步串行通信口SCI，2个同步串行通信口SPI，8通道输入捕捉/输出比较定时器，1个8通道脉宽调制模块以及49个独立数字I/O口(其中20个具有外部中断及唤醒功能)，在片内还拥有128KB的Flash ROM，8KB的RAM，2KB的EEPROM。其管脚图如图3所示。

另外，在电动汽车上相应位置安装车速传感器、电机转速传感器、电压传感器与电流传感器等采集相应的信号，将这些电信号经信号调理电路转换为单片机可接受处理的电信号，并将这些信号按照Modbus通信协议的规定发送至智能仪表满足显示要求。

在Codewarrior软件环境下完成数据收发程序的编写。其显示单元主界面如图4所示。

以该单片机为核心的数据采集系统能够采集各路输入信号，根据控制要求，对相关数据做出正确处理，并正确及时地输出控制信号，具有易调整、可扩展的特点，便于存储控制参数。该系统能够在噪声、振动、潮湿与冲击等复杂工况下正常工作，且具有较好的电磁兼容性，满足国家对相关行业电气设备的电磁兼容性标准。实现了纯电动汽车稳定高效运行。

电动汽车智能仪表的故障自检界面、能量回收界面、动态监视界面、电机电流实时数据曲线界面、和电机电流历史曲线界面参见图5～图9所示。

Claims

1.一种电动汽车嵌入式智能仪表，包括嵌入在汽车仪表盘的显示单元和智能仪表电路，显示单元和智能仪表电路通过液晶控制器相连，其特征在于，所述的智能仪表电路至少包括有嵌入式处理器，该嵌入式处理器上连接有时钟及复位电路、程序存储器、看门狗电路、触摸屏控制单元、串行接口、数据存储器、扩展接口和CAN总线接口，其中，CAN总线接口通过CAN总线和CAN接口与电子控制单元相连，电子控制单元连接模拟量、开关量单元。

2.如权利要求1所述的电动汽车嵌入式智能仪表，其特征在于，所述的程序存储器内安装有WinCE操作系统和MCGS组态软件。

3.如权利要求1所述的电动汽车嵌入式智能仪表，其特征在于，所述的显示单元选用嵌入式一体化工控机TCP7062K。

4.如权利要求1所述的电动汽车嵌入式智能仪表，其特征在于，所述的电子控制单元选用MC9S12DG128B单片机。

5.如权利要求1所述的电动汽车嵌入式智能仪表，其特征在于，所述的嵌入式处理器选择mini2440开发板。