基于stm32的电动汽车仪表系统设计关键技术

许燕

摘要：以往的汽车仪表系统内部都是由机械指针构成，因此在使用时容易出现信息显示不全的问题，无法满足实际使用的需求。因此设计出更具智能感和实际使用性地电动汽车仪表系统就显得尤为重要。本文所提到的是一种以嵌入式系统为主要构成，以数字液晶显示屏为显示器的汽车仪表系统。该系统将微处理器作为中心控制部分，日常工作是收集电动汽车的基本信息，例如电池温度和行驶速度等数据都会被很好的采集和保存，并借助数字液晶显示屏进行数据播放。并对其进行了实际测试，证明其拥有更加优秀的显示效果和可操作性。

关键词：stm32;电动汽车仪表系统;设计关键技术

0  引言

近年来，电子技术得到了突飞猛进的发展，其中传感器和元器件的快速发展，也为电动汽车仪表系统的发展提供了相当大的助力。以前大部分电动汽车仪表系统都是由两部分构成，即插接显示屏和量程显示屏，配备数字液晶显示屏的极少，只在进行展示的概念车上出现过。近年来，数字液晶显示屏的制作技术越发完善，价格也有所下降，搭配嵌入式系统的开发，为基于stm32是电动汽车仪表系统设计提供了基础保障。相较于传统汽车，驾驶人员在驾驶电动汽车时往往需要更多的辅助信息，这就要求电动汽车的仪表系统功能必须具有全面性，且安放的位置要适当，驾驶员获取路况和驾驶信息时更加方便。液晶显示屏的研发为该项技术的发展提供了基础保障，也是该系统中应用的一种关键技术。

1  硬件设计及关键技术

1.1 stm32的简介

Stm32是一种微型控制器，主要应用于电动汽车的仪表系统设计之中。因其拥有16位性能和诸多辅助功能，因此近年来得到了广泛地应用。其主要功能和工作性质如下：

①stm32的工作频率为32MHz，内核选用的则是HCS12 CPU，确保其可以满足工作需要。

②程序和数据的闪存功率分别设定为32kB和4kB，其中程序闪存卡拥有ECC功能，可对错误的校正码进行识别。

③配备LCD控制器，可完成多段式工作，最多可完成40*4段字符的读取工作。

④内部配备步进电机控制器，主要用于对电机失速进行检测，确保其在发生故障时可以及时地被发现。

⑤16位定时器，该模块的工作内容是对产生的16位数据进行捕捉和比对，以此来完成脉冲累积。

⑥多功能ADC模块，其8通道特性更具工作效率。

⑦SPI模块，可起到连接作用，確保其他模块之间可以相互通信。

1.2 系统结构

基于stm32的电动汽车仪表系统主要由六部分构成，分别为总线接口、信号收集器、步进电机控制器、LCD控制器、LED显示器和报警系统。其集体结构如图1所示。

从硬件结构图中我们可以看出，其具体构造是专门为电动汽车仪表应用而选取的。以步进电机举例，4个步进电机组可以完成电动汽车行驶车速、电机运行功率、电流量以及电压的指针指示工作。LCD控制器则是负责总里程数和故障信息的显示，方便驾驶者进行观察和掌握数据，产生的数据借助CAN总线进行获取和收集。

1.3 CAN总线模块

相较于其他种类的总线，CAN总线模块更具灵活性和稳定性，因此被广泛地应用到了电动汽车仪表系统的设计之中。该系统中应用的CAN总线模块由位处理器、总控制器和信息收发器构成。总线模块可以借助控制单元来完成对分系统的控制，各个分系统之间的数据传输可独立完成，互不影响，与此同时，各分系统中的数据传送频率各不相同，这一特性可以充分地提升CAN总线模块的工作效率。本系统中应用到的CAN总线模块是由TI公司研发并生产的，型号为VP230。使用时可以将VDD接口连接电源，电压强度为3.3V，VSS接口接地确保使用安全性。

1.4 步进电机模块

步进电机模块的主要工作内容是向驾驶员提供车辆行驶速度和电机转速两项数据，驾驶员通过指针运动轨迹的变化来判定数值，其运行稳定与否也直接影响到了电动汽车仪表系统的运转。该系统中选用的步进电机型号为VID29，与之配合的驱动芯片型号为VID66-06。在固定脉冲值的冲击下，步进电机运行速度可达600°/s。

1.5 LCD液晶显示器

本文提到的电动汽车仪表系统中选，3.2寸LCD液晶显示屏性能优渥，型号为IL9320，分辨率为240*320。因其自身带有262144中色彩芯片，所以色彩显示度可达到16位真彩。源极和栅极的驱动路数可分别达到720和320，且自带内存容量，存储量高达172800字节。在仪表系统运行时，微控制器可以借助FSMC接口来启动ILI9320控制器。DMA在使用时无需借助CPU的帮助，可以直接完成各存储器之间的数据传送，这一特性也极大地减少了CPU的工作量，可以留有更多地资源来确保其他程序正常进行。LCD液晶显示器可以帮助驾驶员更加清楚地获取汽车在运行过程中产生的参数，图表的显示形式更具直观性。产生的参数会通过串口直接在液晶显示器上展示出来。

2  软件设计及关键技术

2.1 软件流程设计

因为该电动汽车仪表系统中没有操作系统，因此该软件设计中融入了循环功能，其中主循环体负责的是主体工作，中断功能对应的则是驱动管理方面。

2.2 CAN总线模块

CAN总线在进行数据传送时，回挑选优先级别高的数据先行传送，而数据的优先级等级主要受标识符和发送顺序决定。根据CAN总线的工作要求，当确保接受数据之后，标识符会对所接受的数据进行一定的过滤和筛选，只有通过过滤标准的数据才可被判定为有效数据。在进行程序设定时，波特率的选择是要被特别关注的，在选取了适当地波特率后，系统中的CAN总线模块才可以用于个模块间的数据传输。在正式使用之前，需要对CAN总线模块进行初始化，其中包含CAN寄存器和波特率等多项数值的初始化，早初始化完成后，CAN总线模块才能开始正常的运行和工作。

2.3 步进电机模块

在电动汽车仪表系统运行时，车辆的行使速度和发动机的转动频率都是通过指针的转动幅度来表示的，通电后，电流会对步进电机提供持续稳定的脉冲，来确保指针可以正常转动，所以也可以通过记录指针的转动速度来判定其所接收的脉冲数值。需要注意的是，在电动汽车仪表系统启停时受其惯性较大的影响，并不能接受频率高的脉冲，因此要进行适当地控制和延时，以此来防止数据丢失和电机的正常运行。电动汽车仪表盘车速表达值最高为240km/h，罗盘可转动角度为260°，通过计算我们可以得出，1km/h相对的是13/12°，驱动脉冲数为13，其关系图如表1所示。

2.4 仪表盘图形显示界面

作为一款图形支持软件，GUI的安装方式为嵌入式，可为LCD提供接口，可以提升该应用的工作效率。GUI因其较高的适用性，无论是使用在单任务或多任务应用中都十分合适，可匹配专用或实时的操作软件，使用时不受控制器尺寸的影响。GUI软件在设计过程中采用的是模块化的行使，具有层次丰富的有点。以其中的驱动程序为例，可以完成对LCD内部的访问。因为GUI内部的程序均有C语言设计而成，所以其实用性非常强，几乎可以匹配市面上所有常用的CPU。因GUI内部配备了颜色管理器，所以无论是黑白或彩色的LCD程序都可以选择该GUI进行辅助。与此同时还附带了相应的窗口管理器和图形库，该图形库具有可拓展性，在应用的RAM较小时，仍可实现窗口显示。需要注意的是GUI软件只能完成图形界面的设计工作，该设计工作只限于软件设计，所以该系统只能在计算机上完成仿真实验。若想在硬件上也完成仿真实验，则需要借助STM32开发板，以此来完成整个电动汽车仪表系统的优化工作。其具体流程图如图2所示。

3  结束语

该电动汽车仪表系统选用stm32F103ZET6作为主要控制器，将LCE显示器与指针进行组合，可以更加直觀地为驾驶员显示车辆行驶速度、水箱温度、电机转速等运行参数，还可借助CAN总线完成不同模块的通信工作。由于该仪表系统运用的是嵌入式的安装方式，所以还可以将GPS或其他影音娱乐软件嵌入其中，为驾驶者在行车时带来更多地便利和娱乐。因此该电动汽车仪表系统因其较强的实用性和多样性具有良好的发展前景。

参考文献：

[1]罗峰.孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[J].北京：电子工业出版社，2011.

[2]闫哲铭，王建，王启慧.基于Luminary LM3S8962的汽车数字仪表系统设计[J].汽车工程，2010.

[3]喻金钱，喻斌.STM32系列ARM Cortex-M3核微控制器开发与应用[J].清华大学出版社，2011.