基于LPC2292的汽車智能組合儀表設(shè)計

汽車儀表是司機與汽車之間進行信息交流的窗口和界面，對于提高汽車儀表使用壽命，安全和經(jīng)濟行駛有著積極而重要的作用。本設(shè)計采用LPC2292嵌入式控制器[1]作為儀表的控制核心，汽車原有傳感器無需更換，傳感器的輸出信號通過信號調(diào)理電路后送入MCU，經(jīng)MCU處理后的信號通過LCD顯示器顯示出來。實時顯示車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、油位、總里程、子里程等車況參數(shù)，并對信息進行復(fù)雜處理從而為司機提供平均車速、經(jīng)濟油耗、剩余油量能跑里程數(shù)等有用信息，同時，還能對瞬時行車信息進行記錄存儲，實現(xiàn)“黑匣子”功能；對異常情況實現(xiàn)語音報警提示，且為今后功能擴展預(yù)留通訊接口。與傳統(tǒng)汽車儀表相比，該儀表具有功能豐富、可靠性高、精度高、可視性好、通用性強、且有存儲功能、無機械磨損、使用壽命長等優(yōu)點。

隨著汽車電子的網(wǎng)絡(luò)化，CAN總線技術(shù)在汽車領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，因此，CAN總線、嵌入式就成為汽車儀表未來發(fā)展的必然趨勢。

1 汽車儀表的基本結(jié)構(gòu)和功能

汽車智能儀表采集車輛的各種狀態(tài)信息，這些信息包括車速，總、分里程，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，前后橋氣壓，水溫，油量，及油壓力，電瓶電壓，室內(nèi)、室外溫度等。其中一部分信息（車速、轉(zhuǎn)速、氣壓）經(jīng)過處理后送入步進電機驅(qū)動模塊來驅(qū)動指針，這些信息的變化較其它信息要快且與車輛行使安全密切相關(guān)，用指針顯示既直觀、醒目又符合人的視覺習慣。所以，汽車上較常用的有四種指示儀表，即車速里程表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、氣壓表等。分別顯示汽車行駛速度、單里程和總里程數(shù)、汽車行駛時發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度及前后橋氣壓等。另一些變化較慢的信息（電瓶電壓、油量等）通過數(shù)據(jù)處理及液晶控制模塊在液晶屏上顯示。

汽車智能儀表由傳感器、信號調(diào)理電路、微控制器、鍵盤輸入模塊、步進電機驅(qū)動模塊、語音報警電路、LCD顯示器等部分構(gòu)成。

圖1 汽車智能儀表結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用的微控制器為PHILIPS公司的LPC2292芯片。LPC2292是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器。128KB片內(nèi)Flash程序存儲器；外部8、16或32位總線；4路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至2.44us；2個互連的CAN總線接口；2個32位定時器（帶4路捕獲和4路比較通道）、PWM單元（6路輸出）、實時時鐘和看門狗；多個串口接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、高速I2C接口（400Hkz）和2個SPI接口；通過片內(nèi)PLL可實現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻率。

其中：車速傳感器及調(diào)理電路模塊[3]包括光電式車速傳感器和車速測量通道的信號調(diào)理電阻。車速傳感器將對應(yīng)于0～200公里/小時的車速轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率范圍為0～136.3Hz的脈沖信號；轉(zhuǎn)速傳感器及調(diào)理電路模塊包括脈沖信號式轉(zhuǎn)速傳感器和發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量通道的信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)速傳感器將對應(yīng)于0～8000轉(zhuǎn)/分鐘的發(fā)動機轉(zhuǎn)速變換成0～260Hz的頻率信號；由于車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖頻率信號，所以與之相對應(yīng)的信號調(diào)理電路的作用是對傳感器的輸出信號進行整形、嵌位/限幅，以滿足MCU對輸入信號的要求。溫度傳感器采用熱敏電阻式溫度傳感器，用于測量汽車冷卻水的溫度，該傳感器將水溫的變化變換成電阻、電壓的變化；液位傳感器采用浮子－可變電阻式液位傳感器，將油位的變化變換成電阻、電壓的變化；水溫和油量傳感器輸出的是模擬信號，其對應(yīng)的信號調(diào)理電路為電阻傳輸網(wǎng)絡(luò)，將傳感器的輸出信號送到LPC2292自帶的A/D輸入端。E2PROM選用93LC46B三線串行電擦除可編程只讀存儲器，其容量為1K×16位，擦除周期為1M次，顯示速度為2ms，數(shù)據(jù)保持時間可達40年，在儀表中用于保存子里程、總里程數(shù)據(jù)以及當前車況，并保證掉電時數(shù)據(jù)不會消失，起到汽車“黑匣子”作用。

步進電機模塊驅(qū)動控制車速表、轉(zhuǎn)速表、前橋氣壓表及后橋氣壓表。

語音模塊主要用來存儲所有報警語言，驅(qū)動報警喇叭，當車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫和油量等參數(shù)超限時，起語言提示報警作用。

鍵盤模塊用于人機交互，接收輸入來改變儀表的運行參數(shù)、儀表的日期時間設(shè)置、中英文語言切換、分里程清零及顯示屏的切換。