２０１１经第１期仪表技术与传感器ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ２０ｌｌＮｏ．１基于ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０微处理器的汽车虚拟仪表的研究安亚君，皮国瑞，杨玉逢（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新１２３０００）摘要：将ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０微处理器通过采集数据并驱动ＴＦｒｒ显示屏实现汽车虚拟仪表是文中的主要内容。该文首先阐述了系统的总体设计方案，并详细说明汽车仪表的数据采集电路，ＣＡＮ总线接口设计，ＬＣＤ液晶显示器接口设计，作为软件开发平台的Ｉｘｃ／ＯＳ一Ⅱ操作系统和Ｉ＿Ｌｃ／ＧＵＩ图形系统应用，最后在ＬＣＤ上得到良好的人机交互界面。该设计简单，易于实现，简化了仪表结构，实现网络化集中控制，而且提高了可靠性、安全性以及产品的通用性。关键词：ＣＡＮ总线；汽车仪表；人机界面中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１８４１（２０１１）Ｏｌ一００３３—０２ｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＶｉｒｔｕａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＢａｓｅｄＡＮＩＶ＋ＳＥＰ４０２０Ｙｕ－ｆｅｎｇＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＹａ－ｊｕｎ，ＰＩＧｕｏ—ｒｕｉ，ＹＡＮＧＴｅｃｈｎｉｃａｌ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｉａｏｎｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，岫１２３０００，Ｃｈｉｍ）Ｔ丌ｓｃｒｅｅｎｔｏＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｄＩＶ＋ＳＥＰ４０２０ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓｔｒｕｍｅｎｔｉｎｔｈｅｃａｌ＇．Ｔｈｉｓｔｏｃｏｌｌｅｃｔｄａｔａａｎｄｄｒｉｖｅｔｈｅａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｉｎ．ａｕｔｏｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄＬＣＤｉｎｔｅｒｆａｃｅｄｅｓｉｇｎ，８，８ａａｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅｍｏｂｉｌｅ＇ｓｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ＣＡＮｂｕｓａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｐ．ｅ／ＯＳ—１１ｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｃ／ｉｓＧＵＩｇｒａｐｈｉｃｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔｏｂｔａｉｎｅｄｓｉｍｐｌｅ，ｅａｓｙｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔ，ｓｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｇｏｏｄｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅＬＣＤｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｃｈｉｅｖｅｓｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮｂｕｓ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｈｕｍａｎ．ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ１仪表总统结构框图基于ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０微处理器的汽车虚拟仪表系统，包括ＣＡＮ接口、ＬＣＤ、车况行使记录和状态灯等，系统通过传感器对发动机的冷却水温、油量、机油压力、发动机转速和车速等信号进行采集，通过Ⅳ＋ＳＥＰ４０２０微处理器Ａ／Ｄ得到数字信号，并且核心处理器可以接受其它ＣＡＮ节点发出的信号，…并把相关数据显示于液晶屏上，提供驾驶员相关信息。此系统是全数字式设计，不像原有的模拟式需要大量的接线，进而有效地节约线束安装空间，使可靠性、舒适性和功能扩展得到提高，易维护、易形成模块化。系统的总体结构设计如图１所示。２．１汽车仪表系统数据采集电路仪表盘需要测量并显示的状态信息中有一大部分是通过各种传感器以模拟量的形式获得的，如油量、机油压力、冷却水温、制动气压、电池电量等。传感器转换为电信号，再经过Ａ／Ｄ转换【２Ｊ，变成数字量传送给ＭＣＵ进行处理。由于核心处理器没有Ａ／Ｄ，外接了２片ＴＬＣ０８３８作为扩展，这样就有了１６个Ａ／Ｄ通道可供使用除可以满足系统的需要外还能为将来的扩展预留空间。ＴＬＣ０８３８是一款串行输入输出８位ＡＤＣ，有８个ＡＤ通道，测量电压范围０—５Ｖ．由于采用串行接口，容易与常用的微处理器接口而且占用１０口很少，非常适用用来做Ａ／Ｄ通道的扩展ｐＪ。数据采集电路如图２所示。２．２核心处理器与ＣＡＮ控制器接口ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０自身没有集成ＣＡＮ控制器，需外接ＳＪＡｌ０００控制器。由于ＳＪＡｌ０００最初被设计作为直接与８位单片机接口的器件。它的８根地址数据总线是分时复用的。而目前的高端处理器都是地址数据总线分开的。系统中的ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０就是地址数据总线分开的。所以ｓＪＡｌ０００访问外围器件的时序与ＳＪＡｌ０００的读写时序是不一样的，因此不能直接接口。而且它们之间的接口还存在一个问题，处理器ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０是３．３Ｖ的器件，ＳＪＡｌ０００的工作电压为＋５Ｖ，所以它们之间接口需圈１系统总体结构设计要进行电平转换。接口电路如图３所示。２．３核心处理器液晶显示接口２汽车仪表系统的硬件设计车载信息的显示环节由液晶屏显示代替了原来的机械指收稿日期：２０１０—０５—１２收修改稿日期：２０１０一ｌＯ一１２针式仪表，为驾驶员提供了更加友好、直观的界面。数据的液万方数据ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪ肌２０ｌｌｌｖｃｃｊ接２滞３传４：：扣叼。Ｄ０５ｃＨ４感６ＣＨ５ＣＬＫＤ１７ＣＨ６ＤＯ器Ｄ２８ＣＨ７Ｄ１Ｊ｝ＤＣＯ～ＧＭＮＤＡ－ＧＮＤ］｛｝ＩＫ●＿－——ＩＶＩＳⅡ’４锄ｌＶＣＣ接２ｆＣ：ＨＨ０ｌ３传４墨瑚嗯册５ＣＨ４感６ＣＨ５ＣＬＫＤ４７ＣＨ６ＤＯ－１器８ＣＨ７１）６ＤＩ－Ｊ［ＤＣＬＯＧＭＮＤＡ古ＮＤ］圈２数据采集电路ＣＣ型光ＡＡＴｘ读信号＿＿——ＮＮＩＯＥＩ逻辑耦ＨＬ控制电路写信号信号片选ｎ，＋圈班埠Ｄ２０＆『ＡＩ讲ｘ）ｇ）ｃ２５Ｉ）广］数据１．１数据。总线Ｊ电平｜＾总线．转换范ＲＸｆ光ＩＲｘ图３ＣＡＮ总线接口电路晶显示部分在汽车虚拟仪表系统中是最为直观的一个环节，由于核心处理器自身集成ＴＦｒ控制器，所以采用８ｉｎｃｈ６４０ｘ４８０ＴＦｒ液晶屏（型号为ＬＱ０８０Ｖ３ＤＧ０１。液晶显示模块外部接口信号如图４所示。Ｉ，Ｄｆ０－４Ｊ８１１－６】Ｂ０Ｒ０ＬＤｆ５－ｌｏＪＧ０－６１ＬＤ【１１－１５】Ｒ［１－６ＪＬＣＤ—ＬＰＨＳＹＮＣＬｃＤ—ＡＣＤＥ烈ＡＢＬｃＤ—ＣＬＫＬｃＤＣＫＬＣＤ—ＦＲＡＭｖ：ＳＹＮＣⅣ＋蹬磐４蚴啦０８０Ｖ３ＤＧ０１田４ＬＣＤ接口电路在软件设计上，采用了嵌入式操作系统作为软件开发平台，从而为用户提供良好的人机交互方式和较强的应用程序接口，进一步提高系统的实时性和软件的运行效率。采用ｐ七／ＯＳ万方数据一Ⅱ作为应用开发的软件平台，ｐ，ｃ／ＧＵｌ作为人机界面的软件系统。主函数ｍａｉｎ主要完成两部分工作：各硬件模块的初始化和多任务环境的启动。图５为主函数ｍａｉｎ的流程图。硬件环境初始化………一Ｔｉｍｅ０初始化启动多任务环境●ｔＴｉｍｅｌ初始化Ｏｓｉｎｉｔ（）●Ⅱ（：模块初始化’ｔ创建任务串口初始化ｌ●ＩＩＡＤｃ初始化ＩＯｓｓｔａｒｔＯ●Ｐｗ＾蜮块初始ｆ｜：Ｉ◆ＧＰＩｆ）配置●Ｃ怂嘲始化………一圈５主函数ｍａｉｎ的流程圈ｐｃｙｏｓ一Ⅱ操作系统平台该系统的任务划分为：ＬＣＤ显示任务、ＣＡＮ总线的数据发送任务、ＣＡＮ总线接收中断程序、ＣＡＮ总线接收任务、多路Ａ／Ｄ循环采样转换任务、时钟校正任务、记录仪记录任务、语音报警任务、喂狗任务、按键中断程序和键盘扫描任务。各个任务间通过邮箱、消息队列和信号来进行通信与同步。多路Ａ／Ｄ循环采样转换任务主要是Ａ／Ｄ采样转换冷却液水温、燃油液位、机油压力的模拟量和蓄电池电压这四种模拟量。当多路Ａ／Ｄ循环采样转换任务完成一个循环采样后，它即会给ＬＣＤ显示任务发送一个消息，把相应的所采集的数据传送给ＬＣＤ显示任务中相应的程序段。此时多路Ａ／Ｄ循环采样转换任务挂起。在延迟等待５００瞄后，由挂起等待状态进入就绪状态Ｈ１。多路Ａ／Ｄ循环采样任务流程图如图６所示。圈６多路Ａ／Ｄ循环采样任务流程图３．２３仪表系统软件设计３．１功能概述第１期安亚君等：基于Ⅳ＋ＳＥＰ４０２０微处理器的汽车虚拟仪表的研究３５户从键盘上的按键输入，然后根据不同的按键值，将被该键选择的信息传递到相应的任务中去。如果用户按下键盘上的按键，则将该消息传递给显示任务。这样不仅屏幕上的仪表信息随着用户的输入发生了变化，而且通过该任务中相应函数的调用，系统切换到了相应的界面哺］。数据显示程序流程图和最终人机界面分别如图７和图８所示。４结束语该课题成功地将ＩＶ＋ＳＥＰ４０２０作为汽车虚拟仪表的核心处理器，并结合ＣＡＮ总线技术和嵌入式实时操作系统斗ｃ／ＯＳ一Ⅱ应用于数字仪表盘中¨Ｊ，最终实现ＴＦＩ’液晶显示。该课题所设计的仪表盘除了具备普通仪表盘的所有功能外，还是汽车ＣＡＮ总线网络中的一个节点。相对于传统的点对点控制，采用ＣＡＮ总线构建的汽车通讯网络不但具有结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等优点，而且可以节省成本提高安全性。参考文献：图７数据显示程序流程图［Ｉ］饶运涛。王进宏．现场总线ＣＡＮ原理与应用技术．第二版．北京：北京航空航天大学出版社．２００７：１３０—１６６．［２］刘岚，尹勇。李京蔚．基于ＡＲＭ的嵌入式系统开发．北京：电子工业出版社，２００８：１６８—２１２．［３］周林，殷侠，数据采集与分析技术．西安：西安电子科技大学出版社，２００５：２３—１５７．［４］ＬＡＢＲＯＳＳＪｅａｎＪ．嵌入式实时操作系统ｐ，Ｃ／ＯＳ一１１，第二版．邵贝贝译．北京：北京航空航天大学出版社，２００６：１１６—１６４．［５］ＲＩＳＣＭａｃｈｉｎｅｓＬｉｄ（ＡＲＭ）．ＡＲＭ７ＴＤＭＩＤａｔａＳｈｅｅｔ，１９９５．［６］ｐＣ／ＧＵＩ用户手册．Ｍｉｅｒｉｕｍ公司，２００３：９０—１１４．［７］杨建军．ＣＡＮ总线技术在汽车中的应用，上海汽车，２００７（６），３２圈８人机界面显示—３４．３．３图形界面用户界面设计的程序流程为：系统初始化完毕后，创建一个任务，称为主任务。该任务一旦建立便自始至终的在接收用（上接第１４页）增加载体孔径和防止比表面积的减少，是一种很有潜力的控制载体孔结构的有效方法。３．２提高载体的稳定性载体本身的稳定性，尤其是热稳定性对传感器的稳定性有很大程度的影响。主要有以下方法来提高１一Ａｌ：０，载体的结构热稳定性：（１）加入添加剂。根据烧结机理，有效去除氧化铝表面的羟基和阴、阳离子空穴可以改善氧化铝的热稳定性，阻止高温烧结和Ｃｔ相变并维持其高比表面积。（２）改变制备方法。（３）选择合适的前躯体。采用合适的前驱体会改善载体的结构热稳定性。如拟薄水铝石因其分解生成具有较好的热和水热稳定性的．ｙ—Ａ１２０３，所以是一种很好的制备１一Ａ１２０３的前驱体。此外，掺杂也可以改善传感器的性能。在载体中掺杂Ｃｅ２％，可以较好的提高传感器的抗毒能力¨】。稀土掺杂可使催化剂活性中心元素维持较高分散程度，呈单分子层吸附于催化剂表面，在氧气充分条件下则不易产生积碳。４结束语作者简介：安亚军（１９７８一）。讲师。硕士学位。研究方向为复杂机电系统的建模与仿真．机电液系统的仿真与应用发动机检测。汽车仪表。Ｅ—ｍａｉｌ：ｐｉｇｕｏｍｉ＠１６３．ｃｏｒｎ研究了新型的纳米催化传感器，分析了纳米效应以及纳米制备工艺对传感器性能的影响。采用不同的纳米制备方法及条件可以得到不同形态的纳米颗粒。可以看出，由于颗粒达到纳米级，它具备表面效应及小尺寸效应，表面积增大，具有特殊的热学和力学性质等，这都在不同程度上影响了传感器的性能。最后从载体孔径控制、提高载体的稳定性和掺杂方面探讨了纳米催化传感器的改进策略。参考文献：［１］童敏明．催化传感器的研究与应用技术．徐州：中国矿业大学出版社，２００２．［２］吴志鸿．超微粉备及应用技术．北京：中国石化出版社，２００１．［３］童敏明．纳米Ａ１２０３对催化传感器稳定性的影响．传感技术学报，２００７，２０（１１）．２３６９—２３７２［４］张志刚．抗中毒载体催化传感器的研究．上海交通大学学报，２００３．３７（９）：１４８４—１４８７．［５］陈雪梅．超声沉淀法制备纳米Ａ１２０，粉体．中国有色金属学报，２００３，１３（１）：１２２—１２６．［６］韦薇．高比表面纳米＾ｒ—Ａ１２０３的制备研究．楚雄师范学院学报。２００７，２２（９）：４６－４９．作者简介：韩菲（１９８７一）．在读研究生，主要从事纳米材料对各种传器性能影响方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｅｉｚｅｔｈｅ＿ｄａｙ＿ｆ＠１６３．嗍万方数据
