基于MC9S12HY32的电动汽车仪表盘设计
引言:
本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/196428.htm
电动汽车仪表盘是一种集
LED、
LCD显示技术、步进电机控制技术于一体,适应电动汽车电子化、数字化、信息化发展的高新技术产品,它是驾驶员与汽车进行信息交流的窗口,是一个多信息显示平台,显示电机状态、电池组状态、行驶信息、底盘信息、指示报警等其它信息。
Freescale的
S12HY32是汽车仪表盘设计专用
16位
MCU,笔者以
S12HY32为核心设计了一款电动汽车仪表盘,它采用步进电机进行指针的指示,具有很好的数据控制特性,并能及时反映汽车加减速、电压电流上升与下降等各种工况,提高了整个系统的平稳性和定位精度,同时保留了机械指针指示的直观、有动感、符合驾驶员习惯等优点。采用
LED显示转向灯、远近光变换、车门状态、安全带未系提示、充电指示、报警等状态
【
1
】,采用
LCD数字显示里程表和故障状态。本文介绍
S12HY32的功能特性和应用要点,并剖析电动汽车仪表盘的设计原理和软硬件结构。
1硬件设计
1.1MC9S12HY32简介
MC9S12HY32是一款可扩展入门级的汽车仪表盘应用
16位微控制器,集
16位性能和许多专用功能于一身
【
2
】,如
LCD驱动和步进电机驱动,同时服务于需要
CAN/LIN的应用,非常适合经济高效的汽车仪表盘应用。其芯片资源及特性如下
【
3
】:
1、
32MHz总线频率的
HCS12 CPU内核;
2、带有
ECC(错误校正码)的
32KB程序闪存和
4KB数据闪存,
4KB片内
SRAM;
3、字段式
LCD控制器,最多可配置为
40x4段;
4、
4个步进电机控制器,可以进行电机失速检测;
5、两个
16位定时器模块,可提供
16位输入捕捉、输出比较、计数和脉冲累加器功能;
6、
8通道
10位逐次逼近型
ADC;
7、
SPI/I2C模块,一个
SCI模块,支持
LIN 2.0、
2.1和
SAE J2602通信;
8、
MSCAN模块,支持
CAN协议
2.0A/B。
1.2系统结构
仪表盘由
CAN总线接口、信号采集电路、步进电机、
LCD、
LED、报警装置组成,用于各种工况下汽车运行信息的采集和显示,图
1给出了仪表盘硬件结构,下面结合
S12HY32的内部资源介绍下仪表盘的硬件设计。
图 1 仪表盘硬件结构图
图 1 仪表盘硬件结构图
Picture 1:Dashboard hardware architecture
S12HY32内部资源专为仪表应用而设计,
4个步进电机驱动器可以进行车速、电机转速、电流和电池组电压的指针指示,
LCD控制器可以控制字段式
LCD显示总里程、小计里程和电机故障信息,内部有
MSCAN模块支持
CAN总线应用,可以通过
CAN总线获取一些关键信息,同时保留直接进行信息采集的能力:内置定时捕捉模块可以进行车速
/电机转速脉冲的捕捉与统计,内置
ADC进行电机温度等模拟量的采集。下面以车速信号检测为例介绍下仪表盘电路设计。
1.3车速信号检测
车速是仪表盘需要显示的关键信息,根据汽车原理和拓扑结构,车速信号来源是
CAN总线或者车速传感器。车速传感器输出
0-12V的脉冲信号,其信号频率大小与车速值大小成线性关系,随车速增加而增加
【
4
】,通过图
2所示的整形电路将车速传感器信号转换为
TTL电平,然后通过定时捕捉模块捕捉脉冲信号的上升沿或下降沿,进行统计分析即可得到车速大小。
图 2 车速信号检测电路
图 2 车速信号检测电路
Picture 1:Speed signal detection circuit
2软件设计
2.1软件流程设计
因为没有采用操作系统,软件设计采用循环体
+中断的软件结构
【
5
】,主循环体完成主体功能,中断服务程序进行底层协议设计和驱动管理,软件流程图如图
3所示,下面简单介绍一下该流程。首先进行全局变量和所用外设(包括
IO、
PWM、
TIMER、
SCI、
CAN、
LCD、
MOTOR CONTROLLER)的初始化,初始化完成后,进入主循环,然后在循环体内依次进行定时器管理、开关信号检测、车速检测、
CAN通讯管理、里程计算及存储、报警控制、
LCD控制和步进电机控制。各软件模块次序如图三所示。下面以车速检测为例介绍下软件的详细设计。
图 3 软件流程图
Picture 3 Software Process
2.2车速信号检测软件设计
车速信号整形后得到
TTL脉冲,
S12HY32的定时捕捉模块以中断的方式捕捉脉冲的沿变化
【
6
】,在中断处理函数中进行脉冲个数累加。设计脉冲统计结构体和一
200ms的周期定时器,采用“滑动时间窗口脉冲统计法”进行车速的计算,脉冲统计结构体设计如下:
typedef struct{
uint8_t bank;
uint16_t cnt;
}s_PulseCnt;
在上述结构体中,
cnt表示脉冲个数,
bank表示数据是否有效。滑动时间窗口脉冲统计法设计如下:
定义成员个数为
6的脉冲统计结构体数组
Speed_pulse[6],周期性存储车速脉冲个数,脉冲率等价于一秒内的脉冲个数,则有公式如下:
脉冲频率
=(Speed_pulse[5].cnt-Speed_pulse[0].cnt) (2-1)
车速
=脉冲频率
*FACTOR (2-2)
FACTOR由变速比和轮胎直径共同决定。
当下计算的车速表示过去
1秒内的平均车速,在下一个
200ms到达后,将下标为
1到
5的结构体变量依次“滑动复制”到下标为
0到
4的结构体变量中,然后更新下标为
5的结构体变量,此时根据公式
2-1和公式
2-2进行计算得到的车速为
0.2秒
-1.2秒之间的平均速度。这种方式计算得到的车速实时性更强,而且车速变化更加平滑,反映在指针的变化上也更加平稳平滑,能得到更佳的视觉体验,其代码实现如下:
void SpeedDetect(void)
{
uint16_t i,j;
uint16_t Carspeed_pulse_frequency=0;
if(1==Speed_detect_enable){
if(1==Timer[SPEED_PULSE_ACCUMU_200MS].overflow_flag){
for(i=0;i=5;i++){
if(0==Speed_pulse[i].bank){
Speed_pulse[i].cnt=Car_speed_pulses;
Speed_pulse[i].bank=1;
if(5==i){
Carspeed_pulse_frequency=Speed_pulse[5].cnt-Speed_pulse[0].cnt;
Ev_speed=(float32_t)Carspeed_pulse_frequency*CAR_PULSE_FACTOR;
EvSpeedRangeCheck();
for(j=0;j5;j++){
Speed_pulse[j].cnt=Speed_pulse[j+1].cnt;
}
Speed_pulse[i].bank=0;
}
break;
}
}
}
}
}
结语
笔者采用
MC9S12HY32设计实现了一款电动汽车仪表盘,从处理器特性、硬件结构、车速信号检测等方面描述了仪表盘的硬件设计,从软件流程设计,车速信号检测的软件实现上描述了仪表盘的软件设计。该仪表盘经装车试验,运行稳定,功能可靠,已经进入小批量预生产阶段,具有很高的实用价值。
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