Palabras clave: bus CAN; instrumento; microcomputadora de un solo chip
0 Introducción
Actualmente, la instrumentación automotriz está atravesando una transición de la tercera generación a la cuarta generación. Periodo de transición. El principio de funcionamiento de los instrumentos de automóvil de cuarta generación es básicamente el mismo que el de los instrumentos eléctricos, excepto que el dispositivo eléctrico original se reemplaza por un dispositivo electrónico. A medida que los instrumentos de los automóviles modernos muestran cada vez más tipos de contenido e información con una precisión cada vez mayor, es difícil que los instrumentos eléctricos tradicionales cumplan con requisitos más altos. Por lo tanto, la electrónica y la digitalización de los instrumentos de los automóviles se convertirán en una tendencia inevitable. Al mismo tiempo, para cumplir con los requisitos en tiempo real de cada subsistema, es necesario compartir datos de los vehículos públicos, como la velocidad del motor, la velocidad de las ruedas, la posición del pedal del acelerador, etc. Sin embargo, debido a las diferentes velocidades de actualización de datos y ciclos de control, los requisitos en tiempo real de cada unidad de control también son diferentes. Esto requiere que su red de conmutación de datos se base en una competencia prioritaria y tenga una alta tasa de comunicación. El bus CAN está diseñado para cumplir con estos requisitos.
Este diseño reemplaza los relojes con movimiento mecánico original, instrumentos eléctricos e instrumentos electrónicos de circuito analógico por instrumentos, microprocesadores y dispositivos electrónicos digitales basados en la red de bus CAN para digitalizar la medición de diversos parámetros. con otros sistemas de control centralizado electrónico en automóviles El desarrollo y la implementación de sistemas de control centralizado de automóviles también mejoran el consumo de energía, la seguridad, la confiabilidad y la comodidad de los instrumentos del automóvil. Al ajustar los parámetros del circuito, también puede satisfacer las necesidades de diferentes tipos y gamas de productos, mejorando en gran medida la versatilidad, modularidad, estandarización y serialización de los instrumentos automotrices y simplificando aún más el proceso de producción y los equipos de fabricación.
1 Diseño del esquema general
Este diseño es una solución para un sistema de control de instrumentos de un vehículo, que se utiliza para mostrar y registrar diversa información de estado durante la conducción del vehículo. Utilice microcontroladores y software de uso general para controlar el sistema; recopile varios parámetros de estado durante la conducción del vehículo en tiempo real y muestre datos dinámicos como la velocidad y la temperatura durante la conducción del vehículo a través de la pantalla LCD. Al mismo tiempo, la comunicación de datos se realiza a través del bus CAN, y su compatibilidad está diseñada en software y hardware para asegurar la confiabilidad y estabilidad del sistema.
Este sistema de instrumentos requiere una visualización intuitiva y precisa, un uso fácil y confiable y, al mismo tiempo, muestra la tendencia de desarrollo futuro y el amplio espacio de desarrollo de los sistemas de instrumentos montados en vehículos. La microcomputadora de un solo chip es el núcleo de todo el sistema. Alguna información de conducción básica (velocidad del vehículo, temperatura) estrechamente relacionada con los instrumentos del automóvil es la información que la microcomputadora de un solo chip necesita procesar. controlado por el microordenador de un solo chip. El software del sistema es el medio más fundamental para realizar las funciones del sistema. La capacidad antiinterferencias del sistema es la garantía básica para el funcionamiento estable y confiable del sistema. A través de algunos análisis teóricos e investigaciones sobre los mismos, finalmente se realizó el diseño general del esquema del sistema.
El sistema consta de un módulo de microcontrolador, un módulo de medición de temperatura, un módulo de medición de velocidad, un módulo de visualización, un módulo de potencia, un módulo de comunicación serie y un módulo de comunicación CAN. La composición del sistema se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Diagrama de bloques del sistema
1.1 Módulo MCU
Como núcleo de todo el sistema, el módulo del microcontrolador implementa principalmente la adquisición y conversión de datos de entrada, el controlador LCD Y control de comunicación CAN y otras funciones. De acuerdo con los requisitos del sistema y las consideraciones prácticas, se selecciona el microcontrolador AT89C51 de ATMEL.
El AT89C51 es un microprocesador CMOS de 8 bits de bajo voltaje y alto rendimiento con 4K bytes de memoria flash. La memoria borrable de solo lectura de este microcontrolador se puede borrar y escribir repetidamente 1000 veces. Se fabrica utilizando la tecnología de fabricación de memoria no volátil de alta densidad ATMEL y es compatible con el conjunto de instrucciones y los pines de salida estándar de la industria MCS-51. El AT89C51 de ATMEL es un microcontrolador eficiente que integra una CPU multifuncional de 8 bits y memoria flash en un chip, lo que proporciona una solución flexible y económica para sistemas de control integrados.
1.2 Módulo de comunicación serie
El módulo de comunicación serie del microcontrolador se utiliza principalmente para ampliar las funciones del microcontrolador, haciéndolo más potente y más fácil de operar. A través del módulo de comunicación en serie, todo el sistema se puede operar directamente en la computadora, como monitorear el sistema y obtener información relevante directamente desde la computadora, como velocidad del vehículo, temperatura, etc. También puede leer y escribir el microcontrolador del sistema directamente en la computadora. Por ejemplo, puede escribir directamente el programa necesario en este diseño para controlar directamente el ajuste de temperatura relacionado con la medición de temperatura. La función principal del módulo de comunicación serie es ampliar las siguientes funciones para que el microcontrolador tenga más funciones.
El sistema utiliza la interfaz serie RS232. A través del puerto serie del microcontrolador, los datos del sistema microcontrolador se pueden enviar de regreso a la computadora para su procesamiento y las acciones correspondientes también se pueden recibir desde la computadora. . Cuando la CPU envía datos a través del puerto serie, los datos de bytes se convierten en bits serie. Al recibir datos, los bits en serie se convierten en datos de bytes.
1.3 Módulo de comunicación CAN
Según el principio de comunicación CAN, el microcontrolador seleccionado para este sistema no dispone de controlador CAN. Por lo tanto, se utiliza el módulo de comunicación CAN tradicional, es decir, el microcontrolador de la serie 51 se utiliza como procesador central, el SJA1000 se utiliza como controlador CAN y el PCA82C250 se utiliza como controlador CAN, que es flexible y cómodo de usar. . El protocolo de comunicación CAN lo completa principalmente el controlador CAN. El controlador CAN se compone principalmente de la parte que implementa el protocolo de bus CAN y el circuito que implementa la interfaz con el microprocesador.
El nodo inteligente del sistema de bus CAN diseñado en este artículo utiliza 89C52 como microprocesador del nodo. La interfaz de comunicación del bus CAN utiliza los chips SJA1000 y 82C250 de Philips. SJA1000 es un controlador de comunicación CAN independiente y 82C250 es un transceptor de bus CAN de alto rendimiento.
El circuito de diseño de este módulo se compone principalmente de cuatro partes: microcontrolador 89C52, controlador de comunicación CAN independiente SJA1000, transceptor de bus CAN 82C250 y optoacoplador de alta velocidad 6N137. El microprocesador 89C52 es responsable de la inicialización del SJA1000 y realiza tareas de comunicación como enviar y recibir datos controlando el SJA1000.
AD0~AD7 de SJA1000 están conectados a P0 de 89C51 y P2.0 de 89C51. SJA1000, seleccione la CPU como la dirección de memoria fuera del chip de la CPU P2.0. La CPU puede realizar las operaciones de lectura y escritura correspondientes en SJA1000 a través de estas direcciones. SJA1000 y ALE están conectados a los pines correspondientes de 89C52 respectivamente. 89C52 también puede acceder a SJA1000 a través de interrupciones.