一種基于單片機(jī)的車輛虛擬儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)在總線技術(shù)有很多種。從成本上講，RS-232/485的成本都比CAN低;速度上講，工業(yè)以太網(wǎng)等也都不錯(cuò)。為什么唯獨(dú)CAN在汽車電子中得到親睞?

　　從成本上來說，CAN比UART、RS-232/485高，但比以太網(wǎng)低;從實(shí)時(shí)性來說：CAN的實(shí)時(shí)性比UART和以太網(wǎng)高，為了保證安全，車用通信協(xié)議都是按周期性主動(dòng)發(fā)送，不論是CAN還是LIN,對實(shí)時(shí)性要求高的消息其發(fā)送周期都小于10ms(每輛車都有好幾條這樣的消息)，發(fā)動(dòng)機(jī)、 ABS和變速器都有幾條這樣的消息;從可靠性來說，CAN有一系列事故安全措施，這是UART和以太網(wǎng)都不具備的，多點(diǎn)冗余也是UART(點(diǎn)對點(diǎn)傳輸)和工業(yè)以太網(wǎng)(數(shù)據(jù)傳輸距離短)難于實(shí)現(xiàn)的，所以CAN出現(xiàn)后，由于價(jià)格的原因，最初應(yīng)用得最多的地方并不是汽車，而是對成本不敏感的工業(yè)控制和醫(yī)療設(shè)備，如：工業(yè)上的DEVICENET、SDS、CANOPEN,醫(yī)療上MRI等。至于工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)生，其背景與個(gè)人PC的普及是分不開的，現(xiàn)在工業(yè)控制中的 PCBASED就是一個(gè)例子，但汽車控制是不能用一臺(tái)PC的，要達(dá)到汽車控制的要求，成本上也不容許。而LIN的傳輸過程只有20Kbps,顯然不能作為獨(dú)立的汽車總線控制要求，一般它只配合CAN在汽車上做輔助之用。

　　車輛是一個(gè)特殊的應(yīng)用環(huán)境，車輛自動(dòng)化程度的不斷提高給車輛儀表提出了更高的要求，傳統(tǒng)的動(dòng)磁式儀表已經(jīng)越來越不適應(yīng)現(xiàn)代智能交通工具發(fā)展的需要，而虛擬儀表因其具有交互、智能和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)而受到廣泛重視。本課題要求為某車設(shè)計(jì)一套虛擬儀表，上位機(jī)采用基于RTOS開發(fā)環(huán)境的PC104嵌入式微機(jī)。車輛環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為虛擬儀表的一個(gè)最重要的子系統(tǒng)，要求完成數(shù)據(jù)的采集和通信功能，而且具有較高的適時(shí)性和可靠性。本文根據(jù)作者體會(huì)介紹了用 Philips公司的高性能單片機(jī)P80C592設(shè)計(jì)車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方法，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和CAN通信編程。

　　2 系統(tǒng)簡介

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要完成傳感信號的處理以及車輛的工況數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)通過CAN總線送上位機(jī)，要求處理16路模擬信號、4路頻率信號和32路擴(kuò)展 IO信號，采集參數(shù)主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、水溫、油溫、轉(zhuǎn)速、車速、變速箱油壓、油箱油量以及電網(wǎng)電壓、車門狀態(tài)、轉(zhuǎn)向燈指示、車體超寬指示以及車內(nèi)環(huán)境示警等，信號的形式有電壓、頻率、以及開關(guān)量信號，信號頻率范圍為0~ 6KHZ.

　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　圖1給出了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)采用的核心器件為Philips公司的8位高性能微控制器P80C592,它與標(biāo)準(zhǔn)80C51完全兼容，其主要特性有：內(nèi)建能與內(nèi)部RAM進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳送的CAN控制器;4個(gè)捕獲端口和2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器;8路模擬量輸入的10位ADC變換器;2×256字節(jié)在片RAM和一個(gè)Watch Dog.P80C592的在片CAN控制器可以完全實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議，減少了系統(tǒng)連線，增強(qiáng)了診斷功能和監(jiān)控能力。數(shù)模轉(zhuǎn)換器件選用12位的 AD1674A,分辨率為0.02%,轉(zhuǎn)換時(shí)間為25uS.為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，在模-數(shù)電路之間和系統(tǒng)到CAN總線之間采用了光電隔離，并且將模擬電路和數(shù)字電路分別設(shè)計(jì)成兩塊獨(dú)立的PCB板，兩板通過棧接組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　硬件工作過程：溫度、壓力以及電壓信號，經(jīng)相關(guān)處理電路送至16路模擬開關(guān)MAX306EP,經(jīng)電壓跟隨電路輸入AD1674A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，為了提高可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)沒有采用微控制器的在片ADC變換器。在程序控制下對16路信號順序選通，采集得到的數(shù)據(jù)在CAN控制器內(nèi)完成CAN協(xié)議包的封裝，由發(fā)送端口經(jīng)光電隔離和發(fā)送器傳送到CAN總線上。油量信號經(jīng)光電隔離、整形和分頻后送P80C592的捕獲端口進(jìn)行頻率測量，轉(zhuǎn)速車速信號經(jīng)整形后被分為兩路，一路經(jīng)分頻電路去單片機(jī)捕獲端口，另一路經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換后送ADC采樣。對ADC和I/O擴(kuò)展端口的訪問通過GAL譯碼器的編程邏輯輸出來控制。