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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(shù)據(jù)。本儀表內(nèi)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(jīng)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(shù)成每秒脈沖數(shù)，每秒脈沖數(shù)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(shù)，而且是計算電子控制系統(tǒng)其它參數(shù)的依據(jù)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)磁通變化，從而在感應線圈里產(chǎn)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:[!--empirenews.page--]

傳感器的采樣信號(車速或轉速)由INPUT輸入，先經(jīng)C18電容濾波后，然后經(jīng)R31限流，由C15、R32、D7組成的回路對其進行穩(wěn)壓，再通過R33、R34對其進行分流后輸送到晶體管QS對信號進行放大處理，將放大的信號輸送給MCU。如此脈沖信號調理電路有兩路，其中的電阻和電容的值略有不同，其結構和原理是-樣的。INPUT分別對應儀表外殼背面接插件中車速信號和轉速信號的輸入，與H128的16位定時計數(shù)器接口分別連接，其中車速信號輸入PT7和轉速信號輸入PT6分別與MCU上的引腳相對應。

A/D轉換電路

H128帶8路10位轉換精度的A/D接口，可直接與外部模擬信號相連接。本系統(tǒng)中的模擬量有燃油表、電壓測量電路、輪胎氣壓測量電路。其中背光調節(jié)電路也屬于模擬信號，在PWM電解電路中有作單獨介紹。燃油液位傳感器是用于檢測燃油箱的油量，其是采用浮子式傳感器，屬于模擬量輸出型液位傳感器，由浮子、內(nèi)裝滑動電阻的本體以及連接這兩者的浮子臂構成，浮子可隨液面上、下移動。油箱內(nèi)存油面高、低變化時，引起浮子位置的高、低變化，在滑線變阻上取得不同的電阻值，即得知油面得高度。蓄電池電壓本身就是-個模擬量，故無需任何其他傳感器。蓄電池電壓的測量比較簡單，該電壓的正常值為+24V。波動范圍在 +lsv~3Zv之間。因H128中的周D輸入端要求輸入電壓為+5V，故需將蓄電池電壓串接電阻的方式對其進行1/7分壓、進行低通濾波后再送入 H128中A/D輸入引腳。

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)簡稱開Ms(五m。preesur。 monitoringsystem)，主要用于自動、實時監(jiān)測汽車在行駛過程中輪胎氣壓的狀態(tài)，并對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全。開MS主要有直接式和間接式二類產(chǎn)品。間接式?jīng)]有壓力傳感器，它依靠系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別，以達到監(jiān)視胎壓的變化。因為胎壓的降低會引起輪胎直徑的減小，進而引起車速的減少;而直接式是依靠安裝在輪胎內(nèi)的壓力和溫度傳感器將輪胎內(nèi)的壓力、溫度數(shù)據(jù)以無線電波方式傳送到接收器上，將所得的數(shù)據(jù)處理轉化后輸出到液晶屏上進行顯示，使駕車者能隨時知曉輪胎的壓力和溫度的變化情況〔刊。汽車這些參數(shù)的傳感器輸出-般為變化的電壓或電流信號，變化速度比較慢-般不是很明顯。在前置處理中先將這些變化的電阻信號轉換為電壓，并將電壓信號調整到0-SV范圍內(nèi)，然后經(jīng)過相應的信號處理模塊處理后，送入MCU 控制器的10位A/D轉換輸入端，進行相應的A用轉換。模擬信號A/D轉換電路硬件如圖4-11所示，

其中CONV代表電壓模擬信號，CONT氣壓、溫度傳感器信號，CONF代表燃油傳感器信號輸入接口，vCcZ代表12v電壓，PAD04、PAD05、 RAD06分別對應H128的A/D轉換接口。除了電壓信號先經(jīng)過R36與R37七分壓后，其他模擬信號經(jīng)限流電阻后與習D轉換接口相連接。為了保證A /D轉換的精度，要給模塊加穩(wěn)定的參考電平輸入。VCCZ經(jīng)過R41、R42電阻分壓后，經(jīng)過限流電阻與參考電壓高電平VRH相連接，參考電壓低電平 VRL直接接地。

液晶屏的電路設計

4.6.1 LCD特點

液晶顯示器LCD(liqu記 crystaldisPlay)作為電子信息產(chǎn)品的主要顯示器件，與其他類型顯示部件比較，有其自身的特點，概括如下:

1)低電壓微功耗:工作電壓-般為3-SV，每平方厘米液晶顯示屏工作電流為以級;

2)使用壽命長:本身沒有劣化問題，注意防護與使用，能使用很長時間;

3)被動顯示:LCD顯示是借助外部環(huán)境光線的反射，越強則現(xiàn)實內(nèi)容越清晰，不容易引起疲勞;

4)顯示量大易于彩色化:與CRT相比，LCD沒有蔭罩限制，像素可以做的很小，彩色化方法很多，也可以做的很逼真;

5)無電磁輻射:CRT工作時會產(chǎn)生X射線及其他電磁輻射，影響環(huán)境與人的身體，LCD則不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

4.6.2 LCD分類

LCD分類方法有很多，按顯示內(nèi)容分類有字段型(或筆段型)、點陣字符型、和點陣圖型三種。字段型LCD是指以長條筆畫狀顯示像素組成的液晶顯示器件。字段型LCD主要以7段顯示最為常用，也包括專門為LCD設計的固定圖形和少量漢字。點陣字符型LCD是指顯示的基本單元由-定數(shù)量的點陣組成，專門用于現(xiàn)實數(shù)字、字母、常用圖形符號及少量自定義符號和漢字。這類顯示器把LCD控制器、點陣驅動器、字符存儲器等全做在-塊PCB印刷電路板上，構成應用的顯示模塊。點陣圖形除了可現(xiàn)實字符外，還可顯示各種圖形信息、漢字等，顯示自由度大、顯示精度高。常見的模塊點陣從80只32點陣到 640x480點陣不等。

4.6.3 LCD選取

本系統(tǒng)LcD選取為北京青云公司的帶背光LcM192642腳l，機械規(guī)格和特征如表4-2所示:

LCD自帶控制模塊，內(nèi)存8〕漢)多個中文漢字字庫，可以采用串行和并行接口驅動，起引腳定義見表4-13:

LCD控制模塊與MCU及外圍電路連接如圖4-12所示:

4.6.4 LCD控制指令

LCD現(xiàn)實程序設計在于對LCD顯示模塊的驅動，由于LCM192642內(nèi)含控制驅動器，所以，要編寫正確的液晶顯示程序，必須掌握所用液晶模塊的指令集。

本系統(tǒng)所用的LCD控制模塊共有7種指令。