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[摘 要]近年来，随着汽车工业的快速发展和电子控制技术的不断完善，各种功能的电子器件越来越复杂。目前，汽车仪表已经由最初的基于机械作用力工作的机械式仪表发展到全数字形式。汽车组合仪表也变为车辆主要信息的显示单元，驾驶员运用此平台了解汽车各种状况，也可以通过其直观、实时、动态地掌握车辆的各项数据。由于汽车电子电器数量的急剧增多，汽车的相关连接导线的数量和车身的重量也有所增加，网络和总线技术在此期间虽然有了很大的发展，但是还不能完全解决汽车电子系统的增加带来的数据传输的安全性、可靠性，车内线缆总长度太长导致车重增加的问题，当今社会研究一种基于CAN总线的汽车仪表控制器是汽车发展的需要。
[关键词]CAN总线；汽车仪表系统；设计与实现
中图分类号：U463.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0082-01
引言
汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，是汽车信息的中心，能够集中、直观、迅速地反映汽车在行驶过程中的各种动态指标，如行驶速度、里程、电系状况、制动、压力、发动机转速、冷却液温度、油量、各种危险报警。微电子技术、网络通信技术和液晶显示技术在汽车仪表中的不断深入应用，汽车仪表技术正加速朝着数字化、智能化、多元化和人性化的方向发展。目前汽仪表已经由最初的基于机械作用力工作的机械式仪表发展到全数字形式其中以CAN总线的发展应用最为广泛，CAN总线是“控制器局域网总线技术”的简称，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线系统大幅度降低了线束开销，同时又提高了信息的可靠性和电磁兼容性，所以在短时间内得到了快速的发展。
一、CAN概述
CAN是近年来在汽车行业中广泛应用的一种数据和控制通讯网络，是韧性较强的一种电器规范与协议，CAN具有极高的可靠性与容错能力，所以CAN是应用于轿车或卡车中，用以应对危险与无法预测的恶劣环境中。
CAN最初是由RB公司于1986年的2月在公司年会上提出的，1987年首个CAN控制器开发成功，Philips半导体随后也推出了82C200。由于这两款产品的推出和不断发展，CAN两大阵营就此形成。这两种CAN控制器主要在斑纹过滤及控制上有所差异。
CAN网络是新一代网络通信协议，特点是其架构开放和其广播形式。它属于现场总线技术，是其中的一种，CAN网络被称为控制器局域网的现场总线，在国际上得到了最广泛的应用。CAN最初是应用于汽车的内部测量与汽车执行部件间的数据通信。比如汽车的刹车、安全气囊以及汽车的防抱死系统等。但伴随着汽车电子技术的快速发展，各种汽车电子控制单元数目的持续增加，连接导线也明显增加，因此提高控制单元之间通讯的可靠性与降低导线的生产成本已经成为目前急需解决的大问题。
二、基于CAN总线的新型汽车仪表系统的设计与实现
1、仪表整体设计
汽车仪表系统由数据采集、处理以及显示3个模块组成。采集来自汽车传感器的车速、转速、水温和机油压力信号，测量结果经过单片机送入步进电机驱动模块，驱动步进电机，分别显示车速、转速、水温和机油压力，通过单片机计算汽车的行驶里程，并送入液晶显示模块显示。仪表主要包括以下部分：用于车辆信息指示的发光管指示单元、用于车辆信息指示的液晶屏、用于指示车辆当前状态的各指示仪表、电压模拟量接口、频率模拟量接口、CAN总线接口和人机交互按键。根据对汽车仪表的整体分析，仪表显示是以黑色作为背景色的，对比度高，使各个仪表的显示较为突出，也避免驾驶员的视觉疲劳。汽车仪表盘由3个分表盘组成，左分表盘显示发动机转速、油量等数据，右分表盘显示车速、油压等数据，中分表盘用于放置LCD显示屏以及各种指示灯。警信号区域设置在仪表的中间区域，车速表、转速表都是以圆形表盘指针式显示的，符合驾驶员对传统仪表的使用习惯。
2、硬件选择
仪表采用Luminary公司的LM3S2948处理器。处理器内置CAN模块方便了CAN总线数据的传输，同时使仪表的通信容易实现，提高了可靠性。该处理器具有很大的扩展空间，在后续开发中潜力巨大。美观炫丽的用户图形界面，需要选择图形处理能力较强的处理芯片，因此选择S3C6410处理器。由于LM3S2948内置CAN控制器模块，所以只需外接一个CAN收发器即可接收总线数据。PC-CAN接口卡选用CAN232智能CAN接口卡，它适合CAN-bus的小流量数据传输用，最高可达500帧/秒的数据传输速率，提供广泛和强大的软件支持。支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等开发环境下进行设计。系统选用的是微型步进电机M-SX15.168，是为汽车仪表指示和其它指示设备设计的大转矩、低功耗、精密的步进电机。步进电机需要两路逻辑脉冲信号驱动，可工作在5～10V的脉冲下，最大驱动频率为1100Hz。
3、软件设计
（1）脉冲信号采集
对采集车速和发动机的转速脉冲的测量，直接用STC12C5A60AD的外部中断引脚INT0/INT1对车速和发动机的转速脉冲进行测量。因为两个脉冲之间的时间就是车轮转一周所花的时间，所以将两个脉冲之间的时间计算出来就可以得到速度了。同时程序还要比较相邻两次的速度变化值，若太大，还通过邮箱向USB记录任务发送数据，使汽车能在速度骤然变化的情况下记录车况。
（2）模拟信号采集
STC12C5A60AD的模数转换模块ADC是10位转换精度，有8个模拟输入通道。这里选用8个通道自动排序。对模拟量在一次自动排序周期中分别采样8次，在软件中即可以在一次A/D转换中得到同一个参数的8个值，求出其均值，这样就可以进一步消除干扰信号。当8路AD循环采样转换任务完成一个循环采样后，它即会给仪表显示模块发送一个消息，把相应的所采集的数据传送给仪表显示任务中相应的程序段。此时8路A/D循环采样转换任务挂起，由另外一个CAN节点采集其他模拟信号量。
三、汽车仪表主要的发展方向
1、未来的汽车将会向电子仪表化发展
传统的车用仪表是为驾驶员提供汽车运行中的一小部分必要地数据信息的机电式模拟电子仪表，如今该种仪表已不能满足现代汽车高速发展的需求。如今的汽车仪表要求通过对汽车的各个部件的数据进行监测和微处理機的配套，进而达到控制汽车各部件运行状况监控的目的。汽车仪表由于受到现代电子技术发展的推动，精确度高的、灵敏度高的、读数直观的多功能电子数字显示及图像显示的电子仪表已在汽车上得到了不断应用。
未来的汽车仪表的发展趋势将会是充分应用光技术与机电一体化技术，并将信息技术与网络技术充分凸显的计算机终端显示器。
2、未来汽车仪表的功能将会逐渐拓宽
传统的汽车仪表的功能相当局限，未来的汽车仪表功能将不会局限于汽车的车速、耗油量、方向等的指示等一些简单功能，可能会增加如带有ECU的汽车仪表智能化装置：汽车轮胎气压、汽车的安全气囊、安全带等，未来的汽车仪表将不会是简单的数据信号传输，而是将这些信息提供给ECU读取，并通过ECU准确综合地对这些装置的工作状态进行判断，并给予驾驶员一定的警告提醒，以便驾驶人员及时进行处理。
结语
CAN总线实质上是一种针对汽车和某些工业控制中信息量相对较少的优化设计的串行通信网络，它具有高效、实用和可靠的优良特性，现正在汽车上得到越来越多的应用。同时CAN总线具有一定的保密性，使已设计好的CAN相关汽车零部件极难伪造和仿制，但若重新设计CAN应用工程系统并不困难。因此，开发研制具有我国独立知识产权的汽车产品是我们汽车行业的目标和任务。
参考文献
[1] 尹梦舒，冯常.一种基于CAN总线的汽车仪表显示设计[J].机械，2015，12：32-35.
[2] 卢嘉伟.对汽车仪表CAN总线的研究[J].黑龙江科技信息，2015，26：71.
[3] 钱云涛，邹继军，王进宏，郑勇芸.现场总线CAN原理及应用技术（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[关键词]CAN总线；汽车仪表系统；设计与实现
中图分类号：U463.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0082-01
引言
汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，是汽车信息的中心，能够集中、直观、迅速地反映汽车在行驶过程中的各种动态指标，如行驶速度、里程、电系状况、制动、压力、发动机转速、冷却液温度、油量、各种危险报警。微电子技术、网络通信技术和液晶显示技术在汽车仪表中的不断深入应用，汽车仪表技术正加速朝着数字化、智能化、多元化和人性化的方向发展。目前汽仪表已经由最初的基于机械作用力工作的机械式仪表发展到全数字形式其中以CAN总线的发展应用最为广泛，CAN总线是“控制器局域网总线技术”的简称，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线系统大幅度降低了线束开销，同时又提高了信息的可靠性和电磁兼容性，所以在短时间内得到了快速的发展。
一、CAN概述
CAN是近年来在汽车行业中广泛应用的一种数据和控制通讯网络，是韧性较强的一种电器规范与协议，CAN具有极高的可靠性与容错能力，所以CAN是应用于轿车或卡车中，用以应对危险与无法预测的恶劣环境中。
CAN最初是由RB公司于1986年的2月在公司年会上提出的，1987年首个CAN控制器开发成功，Philips半导体随后也推出了82C200。由于这两款产品的推出和不断发展，CAN两大阵营就此形成。这两种CAN控制器主要在斑纹过滤及控制上有所差异。
CAN网络是新一代网络通信协议，特点是其架构开放和其广播形式。它属于现场总线技术，是其中的一种，CAN网络被称为控制器局域网的现场总线，在国际上得到了最广泛的应用。CAN最初是应用于汽车的内部测量与汽车执行部件间的数据通信。比如汽车的刹车、安全气囊以及汽车的防抱死系统等。但伴随着汽车电子技术的快速发展，各种汽车电子控制单元数目的持续增加，连接导线也明显增加，因此提高控制单元之间通讯的可靠性与降低导线的生产成本已经成为目前急需解决的大问题。
二、基于CAN总线的新型汽车仪表系统的设计与实现
1、仪表整体设计
汽车仪表系统由数据采集、处理以及显示3个模块组成。采集来自汽车传感器的车速、转速、水温和机油压力信号，测量结果经过单片机送入步进电机驱动模块，驱动步进电机，分别显示车速、转速、水温和机油压力，通过单片机计算汽车的行驶里程，并送入液晶显示模块显示。仪表主要包括以下部分：用于车辆信息指示的发光管指示单元、用于车辆信息指示的液晶屏、用于指示车辆当前状态的各指示仪表、电压模拟量接口、频率模拟量接口、CAN总线接口和人机交互按键。根据对汽车仪表的整体分析，仪表显示是以黑色作为背景色的，对比度高，使各个仪表的显示较为突出，也避免驾驶员的视觉疲劳。汽车仪表盘由3个分表盘组成，左分表盘显示发动机转速、油量等数据，右分表盘显示车速、油压等数据，中分表盘用于放置LCD显示屏以及各种指示灯。警信号区域设置在仪表的中间区域，车速表、转速表都是以圆形表盘指针式显示的，符合驾驶员对传统仪表的使用习惯。
2、硬件选择
仪表采用Luminary公司的LM3S2948处理器。处理器内置CAN模块方便了CAN总线数据的传输，同时使仪表的通信容易实现，提高了可靠性。该处理器具有很大的扩展空间，在后续开发中潜力巨大。美观炫丽的用户图形界面，需要选择图形处理能力较强的处理芯片，因此选择S3C6410处理器。由于LM3S2948内置CAN控制器模块，所以只需外接一个CAN收发器即可接收总线数据。PC-CAN接口卡选用CAN232智能CAN接口卡，它适合CAN-bus的小流量数据传输用，最高可达500帧/秒的数据传输速率，提供广泛和强大的软件支持。支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等开发环境下进行设计。系统选用的是微型步进电机M-SX15.168，是为汽车仪表指示和其它指示设备设计的大转矩、低功耗、精密的步进电机。步进电机需要两路逻辑脉冲信号驱动，可工作在5～10V的脉冲下，最大驱动频率为1100Hz。
3、软件设计
（1）脉冲信号采集
对采集车速和发动机的转速脉冲的测量，直接用STC12C5A60AD的外部中断引脚INT0/INT1对车速和发动机的转速脉冲进行测量。因为两个脉冲之间的时间就是车轮转一周所花的时间，所以将两个脉冲之间的时间计算出来就可以得到速度了。同时程序还要比较相邻两次的速度变化值，若太大，还通过邮箱向USB记录任务发送数据，使汽车能在速度骤然变化的情况下记录车况。
（2）模拟信号采集
STC12C5A60AD的模数转换模块ADC是10位转换精度，有8个模拟输入通道。这里选用8个通道自动排序。对模拟量在一次自动排序周期中分别采样8次，在软件中即可以在一次A/D转换中得到同一个参数的8个值，求出其均值，这样就可以进一步消除干扰信号。当8路AD循环采样转换任务完成一个循环采样后，它即会给仪表显示模块发送一个消息，把相应的所采集的数据传送给仪表显示任务中相应的程序段。此时8路A/D循环采样转换任务挂起，由另外一个CAN节点采集其他模拟信号量。
三、汽车仪表主要的发展方向
1、未来的汽车将会向电子仪表化发展
传统的车用仪表是为驾驶员提供汽车运行中的一小部分必要地数据信息的机电式模拟电子仪表，如今该种仪表已不能满足现代汽车高速发展的需求。如今的汽车仪表要求通过对汽车的各个部件的数据进行监测和微处理機的配套，进而达到控制汽车各部件运行状况监控的目的。汽车仪表由于受到现代电子技术发展的推动，精确度高的、灵敏度高的、读数直观的多功能电子数字显示及图像显示的电子仪表已在汽车上得到了不断应用。
未来的汽车仪表的发展趋势将会是充分应用光技术与机电一体化技术，并将信息技术与网络技术充分凸显的计算机终端显示器。
2、未来汽车仪表的功能将会逐渐拓宽
传统的汽车仪表的功能相当局限，未来的汽车仪表功能将不会局限于汽车的车速、耗油量、方向等的指示等一些简单功能，可能会增加如带有ECU的汽车仪表智能化装置：汽车轮胎气压、汽车的安全气囊、安全带等，未来的汽车仪表将不会是简单的数据信号传输，而是将这些信息提供给ECU读取，并通过ECU准确综合地对这些装置的工作状态进行判断，并给予驾驶员一定的警告提醒，以便驾驶人员及时进行处理。
结语
CAN总线实质上是一种针对汽车和某些工业控制中信息量相对较少的优化设计的串行通信网络，它具有高效、实用和可靠的优良特性，现正在汽车上得到越来越多的应用。同时CAN总线具有一定的保密性，使已设计好的CAN相关汽车零部件极难伪造和仿制，但若重新设计CAN应用工程系统并不困难。因此，开发研制具有我国独立知识产权的汽车产品是我们汽车行业的目标和任务。
参考文献
[1] 尹梦舒，冯常.一种基于CAN总线的汽车仪表显示设计[J].机械，2015，12：32-35.
[2] 卢嘉伟.对汽车仪表CAN总线的研究[J].黑龙江科技信息，2015，26：71.
[3] 钱云涛，邹继军，王进宏，郑勇芸.现场总线CAN原理及应用技术（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.