一种混合动力汽车综合显示仪的设计和实现

 

　　汽车行业的快速发展促进了汽车电子行业的发展，混合动力车型（Hybrid Electric Vehicle,HEV）作为汽车行业的新发展方向，受到了国家的重视。从技术、节能减排效果、产业化能力等诸多方面考虑，混合动力具备了传统内燃机和电 动机的优势，将在较长一段时间内占据优势。混合动力车辆技术避免了纯电动车辆在电池技术和能源基础设施上的不足，成为近期新型车辆研究开发的热点。经过国 家"863计划"的支持与发展，我国的混合动力车辆技术正在迅速迈向产业化。复合动力汽车（亦称混合动力汽车，英文为Hybrid Power Automobile）是指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。如果在其面板中改进，增加更加复杂的图像以显示混合动力汽车的相关参数，特别是反映动力源工作状态的参数，将很难保证系统的清晰性、实时性和稳定性。相对而言，用图形界面反映动力系统的工作状态是直接、清晰的方式之一，然而混合动力汽车又分为串联型、并联型和混联型[2].这种情况下，如果用图形界面来反映混合动力汽车动力系统的工作状态，则需要根据不同的类型设计不同的界面，在此设计一款显示界面清晰、直观，并且能够方便进行再开发和再改动的综合显示仪。

　　1 设计思路

　　本设计利用车辆网络优势，从CAN总线上采集混合动力汽车综合显示仪所需要的数据，如车速、转速、档位、电池荷电状态（SOC）、动力系统工作状态等，经DSP处理后进行各种实时控制和显示。区别于传统的仪表面板，该显示仪采用彩色液晶显示器作为显示终端，动态显示所采集并用软件处理过的数据，可随时根据需要，由软件实现显示界面的修改和扩充。

　　2 硬件设计

　　数字信号处理（Digital Signal Processing,简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

　　硬件结构框图如图1所示。主要包括：电源复位电路、CAN通信接口电路、SCI通信与电平隔离转换电路、液晶接口电路等。TMS320F2812 DSP不断地从CAN总线获取数据，对数据进行识别、计算处理后，由SCI经过MAX232送往YD711彩色智能液晶显示器，与"预置画面"组合显示。

　　2.1 电源复位电路

　　TMS320F2812芯片需要为CPU、Flash、ADC及I/Os提供双电源（1.8 V和3.3 V），在上电期间，为所有模块赋予正确的复位状态，器件的上电/掉电需要满足一定的时序要求。TI的专用电源芯片TPS767D318可通过5 V稳压电源，提供满足DSP内核所需的1.8 V电压和其外设所需的3.3 V电压，在PIN4和PIN10之间串联RC充电电路，目的在于使1路输入/输出和2路输入/输出有一定时间的延迟，从而使3.3 V和1.8 V的电压输出满足DSP的上电时序要求，R、C的取值取决于时间常数？子。1Reset（PIN28）和2Reset（PIN22）内部连接的是"与"门漏极开路驱动器，因此PIN28和PIN22并联的结果是：只要任何一端输出为低，都将引起DSP复位。采用DC/DC稳压电源以及严格隔离数字地和模拟地的设计，从硬件上保证了系统的抗干扰性，如图2所示。

　　2.2 CAN通信接口电路与数据电平转换电路

　　CAN是控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发了的，并终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境

　　TMS320F2812 DSP中集成的CAN总线模块为增强型CAN（eCAN）模块，支持CAN技术规范2.0B,速率达1 Mb/s,并带光电隔离[3,4].在基于DSP的混合动力汽车综合显示系统中，CAN总线接口是在集成的eCAN模块的基础上，外扩了TI公司的3.3 V CAN总线收发器SN65HVD232.使用CAN总线方式使得整体系统工作更加及时、准确，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。由于YD711型彩色液晶智能显示器采用标准RS-232C通信方式，系统采用MAX232芯片将DSP输出的典型3.3 V电平数据转换为RS-232C电平。CAN通信接口电路与数据电平转换电路如图3所示。

　　2.3 YD711型智能彩色液晶接口电路

　　液晶的移位寄存器RXD（PIN14）通过RS232C口的TXD（PIN3）与MAX232的T1out（PIN14）连接；液晶的缓冲区寄存器DTR（PIN15）通过RS232C口的DSR（PIN6）与MAX232的R1in（PIN13）连接。液晶接口电路如图3、图4所示。

　　在DSP给YD711发送数据之前，首先应判断移位寄存器是否为空，为空时再检查DTR信号。若DTR为高电平，则表示缓冲区满，要等到DTR信号变为低电平后再发送数据。即DTR为低电平时发送数据，DTR为高电平时停止数据发送。

　　3  软件设计

　　综合显示仪的主流程图如图5所示。

　　程序主要涉及到eCAN模块、PIE模块和SCI模块的运用。在对各寄存器初始化以后，启动CAN模块接收数据；判断数据的类型，如判断是转速、水温还是其他，并将数据分别存放到相应的邮箱中；判断数据是否正确，采用"差异判别标志"方法来识别数据是属于本身的正常跃变，还是由于干扰引起的突变，从而从软件上保证了系统抗干扰能力。例如：当此次所接收的数据与上次接收的数据相比存在较大差异时，软件暂时只保留数据而不将其送往液晶显示，并打开一个"差异判别标志",并将所保留的数据再与下一帧数据进行比较，直到相邻几个数据不存在较大差异时，才认为是正确的数据，这时清除"差异判别标志"并由SCI将数据送往液晶显示。外部PIE模块用以实现驾驶员按键选择画面部分的功能。TMS320F2812的3个外部中断源分别对应3个按键，当有按键触发信号产生，主程序跳转至外部中断服务子程序ISR中，判断选择的是哪幅画面并将其显示，中断子程序返回主程序。

　　4  试验结果

　　根据混合动力汽车的特性，综合显示仪所显参数及其范围设定为：车速（0~180 km/h）、转速（0~6500 r/min）、档位（停车档-P、倒车档-R、空档-N、前进档-D、行车档-S、低速档-L）、电池荷电状态（SOC 0~100%）、电流（0~200A）、电压（额定电压288V）、水温（0~120 ℃）、燃油（0~100L）、里程（0~30 000 km）。考虑到驾驶员不同习惯的需求，本综合显示仪共绘制了3幅预置画面：指针式画面、数值式画面和动力传输示意图画面。在动力传输示意图这个画面里，系统将其中的小箭头作为变化部分，通过程序对小箭头进行连续填充，达到动态跑动的效果。综合显示仪控制系统的调试结果如图6、图7、图8所示。

　　试验表明，该综合显示仪能按设计要求正常稳定地显示汽车运行时的相关参数；能与预置画面结合显示；驾驶员可通过按键方便地切换显示画面。当动力源以及动力传递方向发生改变时，动力传输示意图里的箭头运动方向也跟着改变，非常直观明确地显示汽车动力系统的工作状态。