專利名稱：一種帶監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警功能的車輛用數(shù)字儀表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)車輛行業(yè)的儀表領(lǐng)域，具體涉及帶監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警功能的車輛用數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)特別適用于電動(dòng)車輛。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)際原油價(jià)格的不斷上漲和和新能源概念的不斷深化，電動(dòng)車輛在工業(yè)車輛領(lǐng)域的應(yīng)用也更加的普及。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)電動(dòng)工業(yè)車輛制造商選用的電動(dòng)車輛儀表或?yàn)閲?guó)內(nèi)產(chǎn) 品或?yàn)槿M(jìn)口產(chǎn)品，它們都使用標(biāo)準(zhǔn)的RS232或RS485接口進(jìn)行通訊，且只有英文及數(shù)字顯示功能，只能簡(jiǎn)單地顯示電量和速度，不具有更高級(jí)的故障顯示、車輛信息顯示、車輛設(shè)置及參數(shù)修改功能，使得安裝這類儀表的電動(dòng)(工業(yè))車輛不具備定制性和發(fā)生故障時(shí)的易檢修性。另外，儀表與控制系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)，不具有泛用性，客觀上降低了該類車輛的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了給車輛提供安全、可靠、泛用性高的儀表系統(tǒng)，提高車輛的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)明人開發(fā)一款具有高級(jí)功能的車輛用儀表系統(tǒng)，本發(fā)明的儀表系統(tǒng)能夠允許用戶對(duì)于電動(dòng)(工業(yè))車輛的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單方便的自主訂制；而在車輛發(fā)生故障時(shí)，用戶可以直觀的通過儀表顯示的故障說明，有針對(duì)性的對(duì)車輛進(jìn)行維修，客觀上可以延長(zhǎng)使用此儀表系統(tǒng)的電動(dòng)(工業(yè))車輛產(chǎn)品的生命周期，增加了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)出符合CANopen協(xié)議的儀表系統(tǒng)，與車輛主控制器通過CANopen協(xié)議通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制車輛的運(yùn)行情況。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種帶監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警功能的車輛用數(shù)字儀表系統(tǒng)，其按照CANopen協(xié)議與車輛控制系統(tǒng)通訊，包括微控制器、調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵；其中，
微控制器與調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵電連接，用于處理信息和進(jìn)行計(jì)算；
調(diào)試接口用于進(jìn)行邊界掃描測(cè)試和程序下載，其支持在線調(diào)試功能；
SPI Flash存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)儀表系統(tǒng)的軟件及字庫(kù)，其通過SPI接口與微控制器相連，微控制器內(nèi)置SPI控制器，微控制器作為SPI主設(shè)備，串行FLASH作為SPI從設(shè)備，使用全雙工通訊方式；
CAN總線模塊用于與車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，包括CAN控制器和隔離CAN收發(fā)器，CAN控制器通過CANRX、CANTX與隔離CAN收發(fā)器相連；
電源模塊用于將實(shí)際車輛電池使用的24疒80V寬幅直流電轉(zhuǎn)換為5V、3. 3V直流電，為系統(tǒng)的微控制器、調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵供電；
液晶顯示模塊為標(biāo)準(zhǔn)240*64點(diǎn)液晶屏，為儀表系統(tǒng)提供顯示界面，所述顯示界面包括用于顯示車輛行駛速度、運(yùn)行時(shí)間、電量等常用信息的正常駕駛界面；用于進(jìn)行其他車輛參數(shù)的顯示與設(shè)置的菜單界面；或用于顯示車輛故障信息的錯(cuò)誤界面；
按鍵用于對(duì)儀表系統(tǒng)和車輛進(jìn)行配置，其通過IO 口與微控制器相連，采用行列式設(shè)計(jì)，行列式鍵盤的行線和列線的乘機(jī)為鍵位總數(shù)，行線和列線的交叉點(diǎn)處為鍵盤按鍵，默認(rèn)狀態(tài)下交叉點(diǎn)處不相連，當(dāng)鍵盤某個(gè)鍵按下后，交叉點(diǎn)的行線和列線連通。進(jìn)一步，所述微控制器為儀表系統(tǒng)的核心控制器，采用STM32型微控制器，特別是STM32F103微控制器。進(jìn)一步，所述微控制器中包括中文字庫(kù)，可中文、英文、數(shù)字或圖標(biāo)顯示儀表信息。
進(jìn)一步，所述調(diào)試接口支持JTAG接口和SWD接口。進(jìn)一步，所述調(diào)試接口采用兩線的SWD接口。進(jìn)一步，所述電源模塊將實(shí)際車輛電池使用的24疒80V寬幅直流電轉(zhuǎn)換為5V直流電，為液晶顯示模塊和CAN總線模塊供電；轉(zhuǎn)換為3. 3V直流電，為微控制器、JTAG接口、SPIFlash存儲(chǔ)模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵供電。進(jìn)一步，所述CAN總線模塊，其隔離CAN收發(fā)器為CTM8251通訊模塊，其CAN控制器為兼容+3. 3V、+5V的CAN控制器。進(jìn)一步，所述液晶屏包括16 22個(gè)IO 口，其中有電源、片選端、背光開關(guān)、對(duì)比度調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)信號(hào)、字體選擇功能。本發(fā)明對(duì)電氣設(shè)計(jì)、硬件和軟件均進(jìn)行了更新或改進(jìn)，例如采用了穩(wěn)定、可靠、通用性高的CANopen協(xié)議，采用了具有cortex-M3內(nèi)核的高性能MCU，重新設(shè)計(jì)制造了 PCB，并采用多種方法實(shí)現(xiàn)儀表系統(tǒng)程序友好顯示。使本發(fā)明的儀表系統(tǒng)要具有系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警等功能。這種數(shù)字儀表系統(tǒng)按照CANopen協(xié)議通訊，儀表系統(tǒng)的顯示界面根據(jù)外部指令切換，顯示界面包括但不限于用于顯示車輛行駛速度、運(yùn)行時(shí)間、電量等常用信息的正常駕駛界面；用于進(jìn)行其他車輛參數(shù)的顯示與設(shè)置的菜單界面；或用于顯示車輛故障信息的錯(cuò)誤界面。所述儀表系統(tǒng)具體可用做電動(dòng)車輛等工業(yè)車輛的車載儀表系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明的儀表系統(tǒng)硬件構(gòu)成示意圖，
圖2為本發(fā)明的CAN總線模塊結(jié)構(gòu)圖，
圖3為本發(fā)明的儀表系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)圖，
圖4為本發(fā)明的主程序流程圖，
圖5為本發(fā)明的全局任務(wù)處理函數(shù)示意圖，
圖6為本發(fā)明的程序流程圖。
具體實(shí)施例
下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。整個(gè)儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是開發(fā)出符合CANopen協(xié)議的顯示控制儀表系統(tǒng),與車輛主控制器通過CANopen協(xié)議通訊,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制車輛的運(yùn)行情況，此儀表系統(tǒng)具有系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，故障報(bào)警等功能。并且作為符合CANopen協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，要求儀表系統(tǒng)能夠根據(jù)不同場(chǎng)合需要，通過上位機(jī)配置模塊對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置。整個(gè)儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作分為兩部分電氣設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)。A.電氣設(shè)計(jì)
根據(jù)監(jiān)控儀表系統(tǒng)的功能需求分析，選用基于前后臺(tái)系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)方案可以完全滿足功能要求，整個(gè)儀表系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如附圖I所示
如附圖I中所示，所述儀表系統(tǒng)及其制造方法具有以下關(guān)鍵特征，系統(tǒng)的硬件包括微控制器、JTAG接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵。所述微控制器為儀表系統(tǒng)的核心控制器，采用STM32型微控制器，特別是 STM32F103微控制器，它用于處理信息和進(jìn)行計(jì)算。為所述儀表系統(tǒng)芯片中增加了中文字庫(kù)，可中文、英文、數(shù)字或圖標(biāo)顯示儀表信息。SPI Flash存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)儀表系統(tǒng)的軟件及字庫(kù)。采用JTAG接口作為調(diào)試接口，進(jìn)行邊界掃描測(cè)試和程序下載；調(diào)試接口還支持SWD接口，或可采用兩線的SWD接口。液晶顯示模塊LCM24064即標(biāo)準(zhǔn)240*64點(diǎn)液晶屏；LED與蜂鳴器用于報(bào)警和模式顯示；所述液晶屏包括通過雙排22針插座與主通訊板相連，其有電源、片選端、背光開關(guān)、對(duì)比度調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)信號(hào)、字體選擇等功能。液晶顯示模塊外部FLASH通過SPI接口與CPU相連。如圖2所示，CAN總線模塊包括CAN控制器和隔離CAN收發(fā)器，用于與車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。其隔離CAN收發(fā)器為CTM8251通訊模塊，其CAN控制器為兼容+3. 3V、+5V的CAN控制器，CTM8251通訊模塊通過CANRX、CANTX與CAN控制器相連。按鍵通過8個(gè)IO與CPU相連，采用行列式設(shè)計(jì)，用于對(duì)儀表系統(tǒng)和車輛進(jìn)行配置。行列式鍵盤的行線和列線的乘機(jī)為鍵位總數(shù)，行線和列線的交叉點(diǎn)處為鍵盤按鍵，默認(rèn)狀態(tài)下交叉點(diǎn)處不相連，當(dāng)鍵盤某個(gè)鍵按下后，交叉點(diǎn)的行線和列線連通。整個(gè)電路中有5V和3. 3V兩種電壓，電源模塊用于將實(shí)際車輛電池使用的24疒80V寬幅直流電轉(zhuǎn)換為5V和3. 3V直流電；液晶屏和CAN模塊為5V供電，其他器件為3. 3V供電。所述儀表系統(tǒng)的印制電路板為抗干擾、堅(jiān)固、可靠的并進(jìn)行了電路圖登記的雙層電路板。特別是，所述儀表系統(tǒng)的防護(hù)等級(jí)為IP65，以適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。B.軟件設(shè)計(jì)
儀表系統(tǒng)選用的微控制器型號(hào)為STM32F103，作為ARM新一代的corteX-M3內(nèi)核的MCU，芯片生產(chǎn)商提供了豐富的資料，驅(qū)動(dòng)庫(kù)和開發(fā)文檔，比起傳統(tǒng)的51，avr單片機(jī)更加易于開發(fā)。首先，為了更加方便國(guó)內(nèi)用戶，本發(fā)明在儀表系統(tǒng)芯片STM32F103中寫入了中文字庫(kù)，使儀表系統(tǒng)能夠進(jìn)行中英文雙語(yǔ)顯示。在程序設(shè)計(jì)上，本發(fā)明使用官方固件庫(kù)來建立工程，儀表系統(tǒng)程序的總體結(jié)構(gòu)如附圖3所示。本發(fā)明的基本功能是與車輛主控制器通過CANopen通訊，獲得車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及對(duì)車輛運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。典型的前后臺(tái)系統(tǒng)嵌入式開發(fā)方案即可滿足監(jiān)控功能要求。監(jiān)控程序按照功能劃分主要包括三部分代碼底層驅(qū)動(dòng)代碼，CANopen協(xié)議層和應(yīng)用功能部分代碼。功能部分的主體是圍繞菜單顯示來實(shí)現(xiàn)的，并通過一個(gè)全局的任務(wù)處理函數(shù)完成包括CANopen協(xié)議在內(nèi)的其他功能任務(wù)的處理。如圖4，為儀表上電后的主流程，儀表系統(tǒng)主程序運(yùn)行遵循如圖4的流程。首先是芯片及其各種外設(shè)必要的初始化；其次是儀表系統(tǒng)的配置過程，這一過程包含了菜單結(jié)構(gòu)體的配置、字庫(kù)和配置文件的讀入、程序更新等操作；然后是歡迎界面，將顯示公司圖標(biāo)及中英文名稱；最后進(jìn)入到正常顯示界面。本發(fā)明在程序中引入了全局任務(wù)處理函數(shù)，具體的函數(shù)邏輯關(guān)系如附圖5。由于程序采用前后臺(tái)系統(tǒng)，需要不斷地調(diào)用全局任務(wù)處理函數(shù)以檢測(cè)有無任務(wù)置位，一旦發(fā)現(xiàn)有任務(wù)置位，則調(diào)用相關(guān)任務(wù)處理函數(shù)。
儀表系統(tǒng)的主要程序是圍繞顯示界面構(gòu)建的，顯示界面共分為三種
1.正常駕駛界面用于顯示車輛行駛速度，運(yùn)行時(shí)間，電量等常用信息；
2.菜單界面用于進(jìn)行其他車輛參數(shù)的顯示與設(shè)置；
3.錯(cuò)誤界面用于顯示車輛的故障信息。各界面之間的相互關(guān)系，即儀表系統(tǒng)主要程序的邏輯關(guān)系如附圖6所示。儀表啟動(dòng)如果檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤則進(jìn)入錯(cuò)誤界面進(jìn)行故障信息顯示，如果沒有檢測(cè)到錯(cuò)誤則進(jìn)入正常駕駛界面，在正常駕駛界面中任何時(shí)間系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤則會(huì)再次進(jìn)入錯(cuò)誤界面進(jìn)行故障顯示，在故障消除后重新進(jìn)入正常顯示界面；同時(shí)，操作人員在正常駕駛界面中按下菜單鍵則會(huì)進(jìn)入密碼輸入界面，密碼正確后則會(huì)進(jìn)入菜單界面，根據(jù)所輸入密碼等級(jí)的不同分別進(jìn)入初級(jí)的診斷菜單或高級(jí)的診斷和設(shè)置菜單。有益效果
本發(fā)明對(duì)樣表進(jìn)行了實(shí)際裝車功能測(cè)試和硬件強(qiáng)度測(cè)試，功能測(cè)試首先經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的測(cè)試，目前已完成了在實(shí)際車輛上的運(yùn)行測(cè)試。硬件測(cè)試由第三方權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，目前已測(cè)試完成。I.功能測(cè)試
儀表的軟件功能主要包含兩大部分內(nèi)容，一是車輛運(yùn)行信息顯示與參數(shù)設(shè)置的車輛顯控接口功能，另一個(gè)是儀表自身的可配置功能。第一部分功能的測(cè)試可由儀表在實(shí)際車輛上的使用于進(jìn)行。經(jīng)測(cè)試，儀表能夠根據(jù)CANopen協(xié)議與主控制器通訊，完成車輛的狀態(tài)參數(shù)顯示，報(bào)警，故障信息顯示以及設(shè)置車輛的運(yùn)行參數(shù)等功能，滿足設(shè)計(jì)要求。儀表在正常運(yùn)行界面下進(jìn)行電量，行走速度等參數(shù)的顯示，輸入密碼后進(jìn)入菜單操作，進(jìn)行車輛其他參數(shù)的顯示與設(shè)置。2.硬件測(cè)試
儀表的硬件測(cè)試由第三方權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，檢測(cè)機(jī)構(gòu)為北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院。測(cè)試項(xiàng)目及檢測(cè)結(jié)果如下所示。測(cè)試結(jié)果證明儀表的硬件設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)報(bào)告如下表
權(quán)利要求
1.一種帶監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警功能的車輛用數(shù)字儀表系統(tǒng)，其特征在于，其按照CANopen協(xié)議與車輛控制系統(tǒng)通訊，包括微控制器、調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵；其中， 微控制器與調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵電連接，用于處理信息和進(jìn)行計(jì)算； 調(diào)試接口用于進(jìn)行邊界掃描測(cè)試和程序下載，其支持在線調(diào)試功能； SPI Flash存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)儀表系統(tǒng)的軟件及字庫(kù)，其通過SPI接口與微控制器相連，微控制器內(nèi)置SPI控制器，微控制器作為SPI主設(shè)備，串行FLASH作為SPI從設(shè)備，使用全雙工通訊方式； CAN總線模塊用于與車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，包括CAN控制器和隔離CAN收發(fā)器，CAN控制器通過CANRX、CANTX與隔離CAN收發(fā)器相連； 電源模塊用于將實(shí)際車輛電池使用的24疒80V寬幅直流電轉(zhuǎn)換為5V、3. 3V直流電，為微控制器、調(diào)試接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵供電； 液晶顯示模塊為標(biāo)準(zhǔn)240*64點(diǎn)液晶屏，為儀表系統(tǒng)提供顯示界面，所述顯示界面包括用于顯示車輛行駛速度、運(yùn)行時(shí)間、電量等常用信息的正常駕駛界面；用于進(jìn)行其他車輛參數(shù)的顯示與設(shè)置的菜單界面；或用于顯示車輛故障信息的錯(cuò)誤界面； 按鍵用于對(duì)儀表系統(tǒng)和車輛進(jìn)行配置，其通過IO 口與微控制器相連，采用行列式設(shè)計(jì)，行列式鍵盤的行線和列線的乘機(jī)為鍵位總數(shù)，行線和列線的交叉點(diǎn)處為鍵盤按鍵，默認(rèn)狀態(tài)下交叉點(diǎn)處不相連，當(dāng)鍵盤某個(gè)鍵按下后，交叉點(diǎn)的行線和列線連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器為儀表系統(tǒng)的核心控制器，采用STM32型微控制器，特別是STM32F103微控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器中包括中文字庫(kù)，可中文、英文、數(shù)字或圖標(biāo)顯示儀表信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)試接口支持JTAG接口和SWD接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)試接口采用兩線的SWD接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊將實(shí)際車輛電池使用的24V^80V寬幅直流電轉(zhuǎn)換為5V直流電，為液晶顯示模塊和CAN總線模塊供電；轉(zhuǎn)換為3. 3V直流電，為微控制器、JTAG接口、SPI Flash存儲(chǔ)模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN總線模塊，其隔離CAN收發(fā)器為CTM8251通訊模塊，其CAN控制器為兼容+3. 3V、+5V的CAN控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的儀表系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶屏包括16 22個(gè)IO口，其中有電源、片選端、背光開關(guān)、對(duì)比度調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)信號(hào)、字體選擇或功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警功能的車輛用數(shù)字儀表系統(tǒng)，它按照CANopen協(xié)議與車輛控制系統(tǒng)通訊，包括微控制器、調(diào)試接口、SPIFlash存儲(chǔ)模塊、CAN總線模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、LED與蜂鳴器和/或按鍵。采用多種方法實(shí)現(xiàn)儀表系統(tǒng)程序友好顯示，使本發(fā)明的儀表系統(tǒng)要具有系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警等功能，具體可用做電動(dòng)車輛等工業(yè)車輛的車載儀表系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B60K35/00GK102806853SQ20121030965
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者金亞萍, 陳浩, 郝詢, 荊雄, 王喆, 劉凱, 尹芳莉 申請(qǐng)人:機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司