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MCU+GDC双系统的汽车虚拟仪表设计

2020-02-28 22:19汽车电子 人已围观

简介汽车仪表可以实现对车辆所有重要部件工作状态的监测,并利用虚拟仪器技术进行多种信息综合处理与显示,对异常状态进行自动声光报警,是人车交互的重要一环,汽车仪表直接关系...

  汽车仪表可以实现对车辆所有重要部件工作状态的监测,并利用虚拟仪器技术进行多种信息综合处理与显示,对异常状态进行自动声光报警,是人车交互的重要一环,汽车仪表直接关系到驾驶体验与驾驶安全。在汽车虚拟仪表平台设计中,需要制定科学、可行、稳定的方案,具体包括硬件架构、嵌入式处理器、模块设计、电源设计、软件设计等方面。本文总体设计方案如图1 所示,采用瑞萨 MCU 与东芝 GDC 双处理器方案。
  图1 系统方案图
  图1 系统方案图
  
  1 电路模块设计
  
  商用车仪表的输入电压 KL30 由汽车蓄电池提供,为 24V 直流电压,需要降压稳压才能为传感器和仪表各模块电器元件正常供电。MCU 通过 A/D 接口采集 KL30 电压,通过 GPIO 接口获取 KL15 的电平,作为电源管理的初始条件,影响 MCU 系统与 GDC系统的电源管理状态。
  
  由于仪表内部元器件较多,电源方案采用了二级降压,提供多种电压给各个元器件正常工作。电路框图如图2所示,第一级降压选用了 TPS54630,其具有集成型高侧 MOSFET 的降压稳压器,KL30线24V 电压输入到两块 TPS54630 芯片,其中一块 TPS54630 芯片降压为非常供电5V,供硬件 LED 指示灯工作;另外一块 TPS54630芯片降压常供电12V,供车速传感器工作,并且作为二级降压 的 输 入 电 压。 在 二 级 降 压 电 路 中,分 别 选 用 了BD450M5FP、BD433M5FP、TPS65263、MC78M06 等降压稳压型IC,降压为常供电5 V、3.3 V 和非常供电3.3 V、 1.8V、1.1V、6V 多种电压,经过二级降压后的电压提供给各个元器件工作。限于篇幅,各模块的电路设计不作阐 述,可参考芯片手册。
  图2 电路框图
  图2 电路框图
  
  2 软件模块设计
  
  双系统的信号流向如图3 所示,MCU 系统主要负责电源管理、部分硬线与传感器原始信号数据获取、CAN 网络节点的原始数据获取,通过 UART 将数据传递给 GDC 处理以及显示,控制部分硬线 LED 灯条。GDC 系统主要负责方控按键判断、部分原始信号数据获取,接收 MCU 传递的数据将数据计算处理后,在 TFT 显示屏上驱动图像进行显示、驱动 LED 报警指示灯、驱动 Speaker发出报警声。
图3 系统信号流向示意图
  图3 系统信号流向示意图
 
  在该仪表系统中,程序采用模块化分层设计, 如图4所示。在横向结构上,按功能划分为电源模块、按键模块、通信模块、LED 模块、界面管理与显示模块等。在纵向结构上,从下向上主要分成驱动层、中间层、服务层和应用层,底层采集到的信息层层向上递进。各层分工合作,完成功能设计:驱动层主要包括硬件级别寄存器的操作模块,主要由原厂提供,包括内核驱动、公共驱动和图层驱动; 中间层主要包括对驱动层获取的数据进一步分析处理为上层提供更综合有用的信息和对多个驱动模块组合操作等模块。服务层主要包括局部功能的逻辑或状态机和中间层信息的进一步处理为应用层提供服务等模块。应用层主要包括系统级别或整机级别的功能模块的状态切换、逻辑处理和UI显示等模块。
图4 系统软件结构
  图4 系统软件结构
 
  3 UI显示界面设计
  
  汽车仪表基本的显示有车速显示、转速显示、水温显示、燃油表显示、里程显示、档位显示、行车电脑信息显示、报警指示灯等。系统的人机界面是驾驶员与系统信息交流的桥梁,充分利用虚拟仪表技术、图像处理技术对各种信息进行综合显示,确保界面简洁、显示信息准确、易于识 别。 仪 表 界 面 如 图5所示,转 速表、机 油压力表、发动机水温表采用图像指针指示方式,燃油表、尿素液位表、电池电压表采用进度条与数字相结合的综合显示方式,总里程ODO、机 油温度、尿 素温度采用数字显示,除了屏外硬件 LED 灯指示灯光报警外,屏内用贴图方式显示部分指示灯。驾驶员可通过方向盘上的4 个功能按键实现人机交互功能,选择自已喜欢的仪表界面,包括温度信息、小计里程、油耗信息、亮度调节、胎压信息、DTC 显示。
图5 仪表界面
  图5 仪表界面
 
  4 结 语
  
  此仪表电源模块设计采用二级降压,结构清晰,供电稳定可靠。软件采用模块化分层设计,符合低耦合高内聚的软件设计思想,易于进行代码移植,可为其他平台项目提供借鉴。设计的系统信号流涵盖内容齐全,可兼容
  
  传感器硬线采集与 CAN 信号采集,匹配商用车多种发动机型号。整个平台方案容易实现功能拓展,便于产品功能升级,方便维护,具有很强的实用性。从指示误差、响应时间、显示流畅度对仪表性能指标进行评估,设计。系统包括充电桩终端、手机客户端和云服务器三部分。本文主要介绍充电终端设计,首先对充电桩的整体结构设计描述,然后进行硬件电路设计,包括主控电路、电源电路、功率计量电路、4G 通信模块的软硬件实现。

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