基于ARM及CAN總線的汽車行駛記錄儀的開發(fā)
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汽車行駛記錄儀是傳統(tǒng)汽車儀表系統(tǒng)的技術(shù)革新產(chǎn)品，涉及許多技術(shù)領(lǐng)域。
其核心概念及主要研究內(nèi)容包括：儀表信息數(shù)字化、車內(nèi)總線通訊與全車信息共享、整車統(tǒng)一調(diào)度以及基于全車信息的故障診斷等幾個方面。相信今后汽車將會越來越多地采用各種用途的電子化儀表，功能強大的電子儀表將成為發(fā)展趨勢。
汽車行駛記錄儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示，本系統(tǒng)由主機和上位機管理分析軟件兩部分組成。其中主機部分包括：信號輸入、數(shù)據(jù)保存和處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信、復位電路和掉電保護電路等。上位機軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、分析等功能。整個系統(tǒng)作為汽車CAN網(wǎng)絡的一個節(jié)點，可以實現(xiàn)與其他CAN節(jié)點之間的通訊及數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?
汽車行駛記錄儀的硬件設計
主處理器的選擇
目前汽車行駛儀表系統(tǒng)的微處理器一般采用8位MCS51單片機，此類單片機應用廣泛，價格相對較低，發(fā)展也較成熟，是記錄儀低端方案的首選。低端方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，卻不能保證系統(tǒng)對實時性、大量數(shù)據(jù)的處理能力和擴展接口等各方面的要求，故考慮采用高端方案——32位RISC嵌入式處理器ARM。根據(jù)系統(tǒng)具體要求，選用Philips公司的LPC2292作為系統(tǒng)的主處理器。LPC2292基于ARM7TDMI內(nèi)核、總線開放、144腳封裝、2個定時器、2路CAN、2路SPI接口、包含76個GPIO口、8路10位ADC以及多達9個外部中斷，是一款性價比較高的ARM芯片。
數(shù)據(jù)存儲方案的確定
本系統(tǒng)采用FRAM作為記錄儀存儲器，F(xiàn)RAM是美國Ramtron公司的產(chǎn)品，被稱為鐵電存儲器，其核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存貯產(chǎn)品同時擁有SRAM和非易失性存儲產(chǎn)品的特性：擦寫次數(shù)至少可達到1000億次，超過1000億次后還可作為SRAM使用。但是，目前市場上出現(xiàn)的FRAM芯片容量都不夠大，所以考慮再使用一塊大容量FLASH作為數(shù)據(jù)存儲器，而將FRAM作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存的中介。超過一定時間或者發(fā)生掉電時，則立即將FRAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入FLASH中，這樣就能滿足存儲器大容量且能夠多次擦寫的要求，而且避免了因掉電發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。本系統(tǒng)采用兩塊256kbit FRAM (FM24C256)和一塊512kbit FLASH（W29C040）。
信號采集方案的確定
本系統(tǒng)的輸入信號較多，大致可分成三類：模擬信號、數(shù)字信號以及開關(guān)量信號。不同種類的信號采用不同的采集方式。
模擬信號采集方案
模擬信號包括：水溫、油量和油壓，共3路輸入信號。一般對模擬信號的采集和處理是采用A/D轉(zhuǎn)換器進行的，由于處理器LPC2292內(nèi)置了4路10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，故無需擴展外圍電路即可滿足模擬信號的采集需求。
數(shù)字信號采集處理方案
數(shù)字信號包括車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，這兩路信號通過各自相應的傳感器轉(zhuǎn)換成車速脈沖和發(fā)動機轉(zhuǎn)速脈沖輸出，由此可以利用LPC2292定時器的脈沖捕捉功能進行采集。通過記錄脈沖的輸出間隔，從而可以計算出里程、車速等實時數(shù)據(jù)，用以保存和報警輸出，無需外擴電路。
開關(guān)量信號采集方案
開關(guān)量信號包括：前門、后門、大燈、左燈、右燈、倒車燈、遠光燈、近光燈、點火、剎車、鳴號、雨刷以及中控鎖，共13路信號。每路信號的狀態(tài)發(fā)生變化時，均需要能被及時檢測到。LPC2292內(nèi)部沒有采集開關(guān)量信號的部件，故需要外擴電路，本系統(tǒng)選用開關(guān)檢測芯片MC33993來實現(xiàn)此功能。MC33993除了具有22個開關(guān)輸入引腳之外，還有一個中斷引腳。當任一開關(guān)量輸入信號狀態(tài)發(fā)生變化時，可以通過中斷的方式通知主處理器，從而減輕了處理器頻繁查詢的負擔。芯片的接口方式為4腳SPI，能夠大大減少處理器需要提供的引腳數(shù)量。
數(shù)據(jù)顯示方案的確定
LCD(Liquid Crystal Display)為液晶顯示器，它使用兩片薄膜，利用通電與未通電時中間的液態(tài)晶體改變排列方向來造成透光與不透光效果，從而產(chǎn)生圖形。LCD液晶器具有圖像不失真、無閃爍、無輻射等優(yōu)點，所以LCD是本系統(tǒng)顯示面板的首選，所選型號為信利公司的MSC-G12864。
實時時鐘方案的確定
主處理器LPC2292具有內(nèi)置實時時鐘，但是當處理器斷電后該實時時鐘所有寄存器的內(nèi)容將全部丟失，因此系統(tǒng)需要使用外部實時時鐘。 Philips公司的PCF8563是符合這一要求的實時時鐘芯片，它具備掉電檢測器。當供電電壓低于某個值時，秒寄存器中的某標志位將置1，指明此后實時時鐘可能會產(chǎn)生不準確的時鐘/日歷信息，從而避免了記錄儀對錯誤時間的記錄。
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