專利名稱：總線式汽車儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種經(jīng)濟(jì)型的汽車總線式汽車儀表。
背景技術(shù)：
隨著汽車電子設(shè)備進(jìn)行控制的數(shù)量越來越多，車身布線越來越復(fù)雜，其運(yùn)行可靠性也降低、故障維修難度也相應(yīng)加大，為解決上述問題，現(xiàn)代汽車將通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場控制技術(shù)融合在一起，采用汽車網(wǎng)絡(luò)，因而車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的；并且目前我國制定的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高，汽車不斷采用新技術(shù)，如電控汽油噴射、電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、電控燃油泵噴射系統(tǒng)或共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)等。為了適應(yīng)當(dāng)今汽車發(fā)展的潮流，國際上汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)普遍應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型總線協(xié)議SAEJ1587通訊協(xié)議。而現(xiàn)有的汽車組合式儀表存在線束較多的問題，抗干擾能力差，電路復(fù)雜，產(chǎn)品壽命低和可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種總線式汽車儀表，以解決目前汽車儀表存在的線束較多、抗干擾能力差、電路復(fù)雜、產(chǎn)品壽命低和可靠性差的問題。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是總線接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，該模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊連接儀表控制器、開關(guān)量輸出模塊，儀表控制器連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊，整個(gè)系統(tǒng)由DC-DC轉(zhuǎn)換及電源過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源；數(shù)據(jù)輸入采樣模塊包括開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和高速信號(hào)采集模塊。
其工作原理是總線接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，然后送至儀表控制器中的微控制器，該微控制器送控制信號(hào)至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，所有輸入數(shù)據(jù)經(jīng)微控制器處理后送至開關(guān)量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)指針驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊為儀表板提供背景照明，儀表控制系統(tǒng)中的微控制器與之連接，控制其亮度，整個(gè)系統(tǒng)由DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源。其中儀表控制器，運(yùn)行SAE J1587協(xié)議，通過J1587總線接口模塊與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的J1587數(shù)據(jù)總線連接，獲取相應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換；總線接口模塊采用了SAE J1587總線協(xié)議。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，電路簡單，通過J1587總線接口模塊與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的J1587數(shù)據(jù)總線連接，獲取相應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換；總線接口模塊采用了SAE J1587總線協(xié)議，使得儀表在汽車上的應(yīng)用減少了導(dǎo)線或線束用量并避免傳感器的重復(fù)安裝，降低整車成本，產(chǎn)品壽命得到提高；模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)模擬量、開關(guān)量等所有輸入信號(hào)與內(nèi)部控制模塊進(jìn)行了全隔離，大大提高了儀表總成的抗干擾性和系統(tǒng)可靠性；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊全部采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)儀表指針顯示，具有較高的環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全數(shù)字化，是一種經(jīng)濟(jì)型的汽車總線儀表。


圖1、本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2a、本實(shí)用新型儀表控制器電路原理圖；圖2b、本實(shí)用新型儀表控制器中第一、三連接器件電路原理圖；圖2c、本實(shí)用新型儀表控制器中第二連接器件電路原理圖；圖2d、本實(shí)用新型儀表控制器中第四連接器件電路原理圖；圖2e、本實(shí)用新型儀表控制器中第一可重復(fù)擦寫存儲(chǔ)器電路原理圖；
圖2f、本實(shí)用新型儀表控制器中第一晶振部分電路原理圖；圖3、本實(shí)用新型總線接口模塊電路原理圖；圖4a、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路原理圖；圖4b、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第七連接器件JP1電路原理圖；圖4c、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第八連接器件JP2電路原理圖；圖4d、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第九連接器件JP3電路原理圖；圖4e、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第十連接器件JP4電路原理圖；圖4f、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第十一連接器件JP5電路原理圖；圖4g、本實(shí)用新型模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路中第十二連接器件JP6電路原理圖；圖5、本實(shí)用新型高速信號(hào)采集模塊電路原理圖；圖6a、本實(shí)用新型模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖；圖6b、模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊中第十四連接器件JP8電路原理圖；圖6c、模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊中第十五連接器件JP9電路原理圖；圖7a、本實(shí)用新型開關(guān)量輸出模塊電路原理圖；圖7b、本實(shí)用新型開關(guān)量輸出模塊中第十三連接器件S41電路原理圖；圖8、本實(shí)用新型步進(jìn)電機(jī)指針驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖；圖9、本實(shí)用新型告警模塊電路原理圖；圖10a、本實(shí)用新型DC-DC轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖10b、本實(shí)用新型過壓保護(hù)模塊電路原理圖；圖11、本實(shí)用新型背光模塊電路原理圖
具體實(shí)施方式
見圖1，總線接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，該模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊連接儀表控制器、開關(guān)量輸出模塊，儀表控制器連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊，整個(gè)系統(tǒng)由DC-DC轉(zhuǎn)換及電源過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源；數(shù)據(jù)輸入采樣模塊包括開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和高速信號(hào)采集模塊。
其工作原理是總線接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，然后送至儀表控制器中的微控制器，該微控制器送控制信號(hào)至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，所有輸入數(shù)據(jù)經(jīng)微控制器處理后送至開關(guān)量輸出模塊、步進(jìn)電機(jī)指針驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊為儀表板提供背景照明，儀表控制系統(tǒng)中的微控制器與之連接，控制其亮度，整個(gè)系統(tǒng)由DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源。其中儀表控制器，運(yùn)行SAE J1587協(xié)議，通過J1587總線接口模塊與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的J1587數(shù)據(jù)總線連接，獲取相應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換；總線接口模塊采用了SAE J1587總線協(xié)議，見圖2a～f，儀表控制器電路，經(jīng)過光電隔離的信號(hào)經(jīng)第一連接器件S1、第三連接器件S3、第四連接器件S4送至第一微控制器IC18，經(jīng)處理后經(jīng)第一微控制器的PTA0～2，PTA5～7，PTC7端口輸出至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，經(jīng)MOSI、PTC6、SPSCK端口輸出至告警模塊，經(jīng)PTB6端口輸出至背光模塊，總里程及短程信息輸出至第一液晶驅(qū)動(dòng)器件IC12*驅(qū)動(dòng)液晶顯示。系統(tǒng)供電由第二連接器件S2與DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊相連，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。IC21為第一可重復(fù)擦寫存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)總里程、短程及其它數(shù)據(jù)。第89電阻R89，第33二極管Z33為第一微控制器IC18提供基準(zhǔn)電壓；第90電阻R90與第5按鍵S5組成短程清零電路；第100電阻R100、第2電阻R2，第1電容C1組成復(fù)位電路；第85電阻R85，第84電阻R84，第一晶振J2，第33電容C33，第34電容C34共同為第一微控制器IC18提供時(shí)鐘。
總線接口模塊電路，如圖3所示，將第五輸入連接器件S6與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的J1587數(shù)據(jù)總線連接，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、里程、轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力、車速、電壓等信號(hào)，通過第六連接器件S31送至儀表控制系統(tǒng)模塊的第一微控制器IC18?？偩€信號(hào)通過第一連接器S6的2腳、3腳、第27電阻R27、第26電阻R26連接到第一協(xié)議轉(zhuǎn)換器件IC23的6腳、7腳，把RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的UART信號(hào)，其1腳輸出通過第一隔離器件IC24送至儀表控制系統(tǒng)模塊第一控制器IC18的數(shù)據(jù)接收端，第一控制器IC18輸出的UART信號(hào)通過第三隔離器件IC17隔離，送至第一協(xié)議轉(zhuǎn)換器件IC23的4腳，控制信號(hào)通過第二隔離器件G1隔離，對(duì)總線進(jìn)行收發(fā)控制。
數(shù)據(jù)輸入采樣模塊電路原理圖包括模擬量、開關(guān)量信號(hào)采集模塊，高速信號(hào)采集模塊。如圖4a～g所示，為模擬量及開關(guān)量信號(hào)采集模塊電路原理圖，第七連接器件JP1、第八連接器件JP2、第九連接器件JP3、第十連接器件JP4為外部數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)據(jù)開關(guān)量K15、K8、K16、K39、K36、K17、K27、K18、K19、K20通過第二選擇器件IC2，K33、K34、K44、K6、K35、K5、K24、K25、K2第三選擇器件IC5，模擬量K21、K22、K23、K42、K43、K45通過第一選擇器件IC1采集后，由第一控制器件IC4進(jìn)行采樣選擇，第一運(yùn)算放大器IC3A放大模擬量，第一三極管N1放大開關(guān)量，放大后通過第十二連接器件JP6送入模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊。第十一連接器件JP5與DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊連接，獲取穩(wěn)定的電源電壓。模擬量采集模塊主要采集雙路氣壓及燃油位的模擬信號(hào)。開關(guān)量采集模塊主要采集左、右轉(zhuǎn)向等告警燈信號(hào)。如圖5所示，為高速信號(hào)采集模塊電路，由端口K28輸入高速信號(hào)，通過由第74電阻R74、第11電容C11、第32二極管Z32組成的濾波網(wǎng)絡(luò)，輸入至第一比較器IC20A的負(fù)向輸入端2腳，由第一比較器IC20、第76電阻R76、第75電阻R75、第78電阻R78、第77電阻R77共同組成施密特觸發(fā)器，參數(shù)可調(diào)，適應(yīng)不同信號(hào)源，可根據(jù)信號(hào)的不同幅度進(jìn)行調(diào)整。輸出通過第四隔離器件G2光電隔離后輸出到第十三連接器件S41的第4腳，連接至儀表控制系統(tǒng)模塊；同理由端口K29輸入高速信號(hào)，通過由第82電阻R82衰減，第14電容C14濾波后輸入至第一比較器IC20B的輸入端6腳，與第81電阻R81，第79電阻R79，第83電阻R83的節(jié)點(diǎn)電壓比較后輸出至第五隔離器件G3的陰極，經(jīng)過光電隔離后輸出到第十三連接器件S4的5腳、6腳。
模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖6a～c所示，通過第七隔離器件IC8、第八隔離器件IC9、第九隔離器件IC10，第十隔離器件IC7對(duì)采集的開關(guān)量進(jìn)行光電隔離，第六隔離器件IC11為模擬量光電隔離，把來自儀表控制系統(tǒng)模塊的控制信號(hào)通過第七隔離器件IC8、第八隔離器件IC9、第九隔離器件IC10送到模擬信號(hào)采集及開關(guān)量采集單元，開關(guān)量采集的輸出的數(shù)字信號(hào)通過第十隔離器件IC7進(jìn)行光電隔離，送至第一微控制器IC18。模擬量采集單元的輸出通過第一運(yùn)算放大器IC12A放大后通過第六隔離器件IC11隔離送到第一微控制器件IC18的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。第十五連接器件JP9為模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊與光電隔離模塊的連接器件。第十六連接器件S1為第一微控制器IC18與光電隔離模塊間的連接器件。第十四連接器件JP8與DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊連接，獲取穩(wěn)定的電源電壓。
開關(guān)量輸出模塊電路，如圖7a～b所示，由第十三連接器件S41的1腳、2腳輸出信號(hào)由第十一隔離器件G4隔離后，通過第十六三極管N16放大后輸出至端口B7，B7信號(hào)是為緩速器提供的信號(hào)；IC4的信號(hào)IC4-13、IC4-14分別經(jīng)過第43電阻R43、第3三極管N3的基極，第44電阻R44、第4三極管N4的基極放大后輸出負(fù)控信號(hào)；信號(hào)IC4-11，IC4-12分別經(jīng)過第46電阻R46、第5三極管N5的基極，第48電阻R48、第6三極管N6的基極放大后輸出正控信號(hào)。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路，如圖8所示，由第一鎖存器IC14，第二鎖存器IC16及第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC30，第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC22分別驅(qū)動(dòng)8個(gè)步進(jìn)電機(jī)，8個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)車速表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、水溫表、油量表、機(jī)油壓力表、蓄電池電壓表、氣壓表雙路的指針，其輸入信號(hào)分別來自端口PTA0～2，PTA5～7及PTC7。
告警模塊電路，如圖9所示，從儀表控制系統(tǒng)的第一微控制器IC18過來的串行信號(hào)送到第一LED顯示驅(qū)動(dòng)專用芯片IC1、第二LED顯示驅(qū)動(dòng)專用芯片IC2、第三LED顯示驅(qū)動(dòng)專用芯片IC3，轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)驅(qū)動(dòng)各報(bào)警發(fā)光二極管。
DC-DC轉(zhuǎn)換及過壓保護(hù)模塊電路，如圖10a～b所示，過壓保護(hù)模塊正常工作時(shí)，第五三極管P5截止，第四三極管P4和第六三極管P6導(dǎo)通，供電正常；當(dāng)輸入電壓增加，大于第一肖特基二極管Z1的激穿電壓，第五三極管P5導(dǎo)通，第四三極管P4和第六三極管P6截止，切斷儀表的供電電源，保護(hù)儀表，其保護(hù)電壓約33V。M2為第二三端穩(wěn)壓源，輸出12V電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，如圖10a所示，DC1為第一專用DC-DC模塊，輸出5V、10V電壓，可以阻斷從電源耦合過來的干擾，提高抗干擾能力及EMC特性。
背光模塊電路，如圖11所示，由13組一個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)一個(gè)電阻，之后并聯(lián)，發(fā)光二極管的陰極接VDD電源；21組三個(gè)發(fā)光二極管及一個(gè)電阻串聯(lián)，2組二個(gè)發(fā)光二極管與一個(gè)電阻串聯(lián)，之后并聯(lián)，發(fā)光二極管的D12～18，D24～63，D69～78接地組成，通過儀表控制系統(tǒng)第一微控制器件IC18的PWM功能調(diào)節(jié)背光亮度，解決了背光亮度不均勻的問題。
權(quán)利要求1.一種總線式汽車儀表，其特征在于總線接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，該模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊連接儀表控制器、開關(guān)量輸出模塊，儀表控制器連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊，整個(gè)系統(tǒng)由DC-DC轉(zhuǎn)換及電源過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線式汽車儀表，其特征在于數(shù)據(jù)輸入采樣模塊包括開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和高速信號(hào)采集模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種總線式汽車儀表，屬于汽車電子技術(shù)領(lǐng)域?？偩€接口模塊與數(shù)據(jù)輸入采樣模塊一起連接至模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊，該模擬量開關(guān)量隔離驅(qū)動(dòng)模塊連接儀表控制器、開關(guān)量輸出模塊，儀表控制器連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，告警模塊；背光模塊，整個(gè)系統(tǒng)由DC－DC轉(zhuǎn)換及電源過壓保護(hù)模塊提供穩(wěn)定的電源。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，電路簡單，使得儀表在汽車上的應(yīng)用減少了導(dǎo)線或線束用量并避免傳感器的重復(fù)安裝，降低整車成本，產(chǎn)品壽命得到提高；具有較高的環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全數(shù)字化，是一種經(jīng)濟(jì)型的汽車總線儀表。
文檔編號(hào)G01D7/02GK2800232SQ20052002939
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者崔海濤, 林英慧 申請(qǐng)人:吉林天工汽車儀表有限公司