詳解基于CAN總線的汽車儀表系統(tǒng)設計―核心電路模塊設計

電源電壓調整電路設計

電源的選擇是關系到系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素之-，也是該儀表能成功應用的重要-步。汽車停止和啟動時的電源來源于汽車上的蓄電池，而汽車蓄電池是+24v(轎車為12v電系，卡車和重型貨車為24v電系)，啟動運行時發(fā)電機與蓄電池采用并聯(lián)的方式對電器件供電，電壓波動范圍為16V-32V。在儀表內部電路中，液晶屏背光，蜂鳴器，各功能指示燈(發(fā)光二極管)為12V，MCU(H128)單片機的芯片內部使用3v電壓、刀0端口和外部供電電壓為 sv，EZPRoM等其他電氣元件為SV，所以可靠的電源轉換也是本儀表能成功應用的關鍵技術。由于汽車工作時負載變化大，電壓波動范圍大，而本系統(tǒng)所用器件大多是SV和+12V供電的，其驅動電流都比較小，以及AD轉換參考電壓都需要較穩(wěn)定的電壓。

本系統(tǒng)選擇的電壓模塊首先要進行電平轉換，把+24V轉換成12v和SV，同時保證其輸入電壓范圍大，輸出電壓穩(wěn)定。本系統(tǒng)選用的是NS的開關電源穩(wěn)壓轉換器LM2574-5。開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的-種電源方式。LM2574系列其可以驅動0.5A的負載;輸入電壓范圍大，在6V-40V之間;只需要4個簡單的外圍調整器件，即可把 +24V調整到+5V給元器件提供穩(wěn)定的電壓。而其他12V供電的元器件可直接采用電阻進行分壓后獲取所需電壓。

選用開關電源LM2574-5，由反饋電路控制輸出電壓。其最大電流輸出為0.5A，從24V電源轉換為SV時轉換效率達到80%。儀表核心控制電源部分采用了芯片7805做二級穩(wěn)壓，儀表的核心電源電路分別如圖4-8所示。

儀表從車載蓄電池獲取24V電源，經過電容Cn濾波進入開關電源芯片LM2574-5，輸出端接穩(wěn)壓二極管DW3和濾波電感Ll，濾波電容C12。該開關電源從輸出取樣作為反饋，R26，R27組成分壓電路，為芯片反饋引腳提供參考電壓。由R26，R27的阻值分別為5.IK，1.2K，決定二次穩(wěn)壓前電源電壓為6.5V。在該電路中，儀表的輸出電壓可用以下關系式計算:

二次穩(wěn)壓電源7805的輸入、輸出端分別接濾波電容C13，C14，經過二次穩(wěn)壓后輸出VCCI為sv的標準電壓。輸出電容C14并兼顧儲能緩沖作用，C13為-個1000uF的電解電容，以便掉電時可以及時地保存數據。本儀表內部包含如圖4-8所示的電源模塊兩個，為液晶屏背光模塊使用的12V- 個，其結構和圖4-8相比省略了二次穩(wěn)壓，通過更換R26，R27的阻值分別為9.IK，IK，使輸出電壓為VCCZ(12V)。

CAN總線接口模塊設計

每個CAN節(jié)點在物理層上都需要通過-個收發(fā)器芯片連接到CAN總線上。收發(fā)器可以提供CAN所需要的大電流驅動，并可以提供電流保護，避免受到出錯CAN節(jié)點的影響。

本系統(tǒng)CAN總線驅動器選用的是PHILIPS公司的TJA1040，它采用了先進的絕緣硅(silieon-on-insulator)，是用以代替82C250的高速CAN總線驅動器[461。該器件提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對 CAN總線的差分驅動發(fā)送和接收功能。TJA1040除了具有82C250的主要特性外，還在某些方面作了很大的改善，主要特性如下:

與ison898標準(高速CAN總線標準)完全兼容;

速率高(最高可達IMbps);

總線與電源及地之間的短路保護;

待機模式下，關閉發(fā)送器，電流消耗非常低(最大15以);

優(yōu)化了輸出信號CANH和CANL之間的禍合，大大改進了信號的電磁輻射(EME)和電磁干擾(EMI)的性能;

具有強電磁干擾下，寬共模范圍的差動接收能力;

對于TXD端的顯性位，具有超時檢測能力;

輸入電平與3.3V完全兼容;

與CAN通信控制器之間無需再加光電禍合器進行隔離;

SPUT引腳代替Vref弓I腳，能有效的改進總線DC電源的穩(wěn)定性。

TJA1040與H128之間的電路連接如圖4-9:

圖中CANH和CANL代表CAN物理總線廠IXCANO、RXCANO和PS4分別對應H128上的引腳。CANH和CANL與地之間分別連接了兩個 93pF的小電容Cg、Cg和兩個防雷擊穩(wěn)壓二極管DS、D6。CS和Cg可以濾除總線上的高頻干擾信號，有-定的防電磁輻射的能力。汽車電器設備工作環(huán)境惡劣，穩(wěn)壓二極管可以抵抗兩輸入端出現(xiàn)的瞬變干擾，保護電子設備的正常運行。特別是雷擊浪涌波，其持續(xù)時間短，脈沖幅值高，能量大，給電子電器設備的正常運行帶來極大的危害。

脈沖信號處理電路

車速傳感器有霍爾型非接觸式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器等，其工作原理都是在車輛行駛的過程中連續(xù)向外發(fā)送脈沖信號來傳遞相關的信息。光電式傳感器的工作原理是由常規(guī)車速表軟軸驅動，軟軸帶動開有方孔(4，6，8，12等)的輪子在發(fā)光二極管和光敏二極管之間旋轉。由于輪子輪番遮斷放光二極管發(fā)射的光束，光電晶體管變發(fā)出-連串的電脈沖信號，經過信號采集測量模塊將其整形成平滑的脈沖信號，如此傳感器便能隨著車輪的轉動而輸出相應頻率的連續(xù)脈沖信號，然后被H128控制器計數成每秒脈沖數，每秒脈沖數變換成公里/小時值。

轉速不僅僅是發(fā)動機的-個簡單的工作參數，而且是計算電子控制系統(tǒng)其它參數的依據和控制噴射正時的基準。轉速信號是通過轉速傳感器測量而得的，如果傳感器不能穩(wěn)定地工作，電控系統(tǒng)也就無法正確地控制發(fā)動機正常工作。所以，傳感器的性能直接關系到電控系統(tǒng)的性能。發(fā)動機轉速表分為汽油機和柴油機兩種，前者的傳感信號取自點火系統(tǒng)初級電路的脈沖電壓，后者的傳感信號則來自安裝在飛輪上的傳感器。這里我們選取后-種方式，采用磁電式曲軸轉角傳感器，由轉子和線圈組成。轉子固定在分電器軸上，線圈固定在分電器殼體上。永久磁鐵的磁力線經轉子、線圈、托架構成封閉回路。轉子旋轉時，由于轉子凸起與托架間的磁隙不斷發(fā)生變化，通過線圈的磁通也不斷變化，線圈中便產生感應電壓，并以交流形式輸出。發(fā)動機轉動時，使感應線圈內磁通變化，從而在感應線圈里產生交變的電動勢，傳感器相應的處理單元再將它處理后，即變成脈沖信號。由于車速〔或發(fā)動機轉速〕傳感器輸出的信號不是標準方波信號，而且往往還附加了許多的干擾信號，這就要對信號進行預處理，去除其中的干擾信號，并把信號整形為標準的方波信號輸入給MCU。其處理電路及與H128連接的電路圖如圖4-10: