|
設計與實踐
題目： 汽車儀表功能的設計
目的： 了解傳統(tǒng)指針儀表與液晶儀表的工作過程，理解掌握儀表的電氣連接，學習 Murphy PV750 調(diào)試程序的使用，初步學習 CAN 總線應用協(xié)議的制定。
設計內(nèi)容： 此實驗使用 Murphy 儀表公司的 PV750 和 PVA 指針儀表為硬件基礎，配合該公司的配套軟件 Murphy Configuration Tool 2.1 完成。設計中根據(jù)操控設計實驗的需求，選擇使用不同指針儀表，并利用 Murphy Configuration Tool 2.1 編寫所需 PV750 界面。儀表與其他設備間的通信將使用 CAN 總線協(xié)議，所有電氣配置完成后將在車輛操控實驗中進行聯(lián)調(diào)。
實驗器材：
硬件： Murphy PV750 儀表 1 塊， PVA 儀表 1 塊， 24V 開關(guān)電源 1 塊，按鈕開關(guān) 1 個、端子排 1 個，電氣連線若干
軟件： Murphy 儀表 PV750 調(diào)試軟件 Murphy Configuration Tool 2.1
實驗步驟：
• 初步了解儀表功能，工作方式
汽車儀表的發(fā)展在工作原理上可以劃分為 4 個階段。第一階段是基于機械作用力而工作的機械式儀表，人們習慣稱這類儀表為機械機心表。第二階段汽車儀表的工作原理基于電測原理，即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量，通常稱這類儀表為電氣式儀表。第三階段為模擬電路電子式儀表。第四階段為步進電動機式全數(shù)字汽車儀表。此類儀表通常采用總線通信、同步電機驅(qū)動的方式，它既保留了以往類型儀表顯示直觀、有動感、符合駕駛習慣的特點，同時也在可靠性、靈活性、指示精度上有了巨大的提升。本設計中的 PVA 儀表即為總線儀表，它接收由 PV750 發(fā)出的 MODBUS 總線信號并做出相應的響應，根據(jù)不同的需求，用戶可以在 MODBUS 總線上掛接多類儀表，是儀表設計更加靈活，方便。
本設計中的另一重要組成部分是 Murphy PV750 。它是一款由 Murphy 開發(fā)的液晶儀表，與傳統(tǒng)儀表不同的是 PV750 不再采用實物指針、表盤的方式進行顯示，取而代之的是一塊 7 英寸 的液晶顯示器，用戶可根據(jù)自身需求利用隨表配置的編程軟件對顯示內(nèi)容進行編輯、設計，進一步提高了儀表的靈活性，也極大地增加了儀表顯示信息的容量。 PV750 內(nèi)配置有 3 路 CAN2.0B 規(guī)格的總線接口， 1 個獨立的 NMEA2000 （ GPS ）接口， 1 路視頻輸入接口，兼容 J1939 和 NMEA2000 （ GPS ）協(xié)議，并且可通過 MODBUS 接口向掛接在 PV750 上的其他 PVA 儀表發(fā)送總線數(shù)據(jù)。由此可知，汽車的現(xiàn)代化儀表已不再將部分行車數(shù)據(jù)的顯示作為目標，而成為了現(xiàn)代汽車數(shù)字顯示終端。
• 設計儀表電路圖，完成電氣連接
本實驗的數(shù)據(jù)顯示將配合汽車操控設計進行，總線上將有如下信息需要顯示：
• 發(fā)動機轉(zhuǎn)速
• 電制動力度
• 當前行駛檔位（ D 、 P 、 R ）
因此，將使用 1 塊 PV750 和 1 塊指針轉(zhuǎn)速表完成儀表設計。發(fā)動機轉(zhuǎn)速將在 PV750 和指針轉(zhuǎn)速表上同時顯示，電制動力度與當前行駛檔位在 PV750 上表示，這三個信息構(gòu)成一個顯示界面。
PV750 的接線圖如下所示：
在本設計中，使用 A 口進行 CAN 總線通信， B 口用來同 PVA 儀表進行 MODBUS 通信。在 A 口中， 1,5 端子分別接 24V 開關(guān)電源，為儀表供電，其中 5 端子為點火端子，將其接入 24V 電源表示整車上電， 6 端子為地線， 2 、 3 接口分別為 CAN 高和 CAN 低接口。 PV750 自帶 1 路開關(guān)量輸出，本設計暫不使用，因此 A 口中的 4 端子為 懸空 。 B 口中 4 、 5 端子分別為 MODBUS 總線 的低和高，我們將其分別與 PVA 指針表的 RS485 — L 和 RS485 — H 連接。
PVA 指針表 的接線圖如下所示：
每一塊 PVA 指針儀表上都有上圖所示的兩個接口，其中 A 口為輸入接口，連接 PV750 或上一塊 PVA 指針表，它的 1 、 6 端子接 24V 電源和地線， 3 、 4 端子分別為 MODBUS 總線的高和低。 B 口為輸出接口 ，連接下一塊 PVA 指針表，此外在末端指針表的 B 口上應接一個終端電阻。本設計中的 PVA 指針表 A 口與 PV750 B 口連接，其中的 1 、 6 端子接電源和地線。 B 口上接終端電阻 。
• 使用 Murphy Configuration Tool 2.1 軟件對 PV750 進行配置。
電氣線路連接完成后對 PV750 進行配置。根據(jù)步驟 2 的要求，內(nèi)容如下：
• 配置顯示界面，分別顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速、制動力度和檔位。
• 自定義 CAN 總線協(xié)議，傳送制動力度與檔位信息。
• 配置 PV750 各個端口功能。
• 下載程序至 PV750 。
根據(jù)上述內(nèi)容，首先進行界面設計，界面如圖所示：
上圖中 Page Designer 部分為界面設計，中部的指針儀表為轉(zhuǎn)速表，兩側(cè)分別為制動力度和檔位。當檔位手柄（三位開關(guān)）位置改變時。相應檔位字母變紅，其他檔位變?yōu)榛疑?
每一塊儀表都對應一個變量輸入設置，在配置界面時，需指定輸入的變量。如下圖所示：
指針轉(zhuǎn)速表采用 J1939 協(xié)議，而在顯示制動力度和檔位時則需要自定義變量。如圖：
在制動力度顯示中我們自定義了制動力度變量（ UserDefinedVariable.zhidong ）作為儀表的變量輸入，同理，在檔位顯示時，也需要定義檔位變量（ UserDefinedVariable.dangwei ）
在界面配置完成后，需要自定義制動力度和檔位的 CAN 協(xié)議如下表：
名稱 |
ID |
數(shù)據(jù) |
制動力度 |
0x 000C 0003 |
0-100 實時制動數(shù)據(jù) |
檔位 |
0x 000C 0001 |
P 檔： Ox00 |
D 檔： 0x01 |
R 檔： 0x02 |
如上表所述，我們定義 ID 0x 000C 0003 用以發(fā)送制動程度的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度為 1 字節(jié)，數(shù)據(jù)場中的數(shù)據(jù)為 CAN 總線通信設計中控制器實時采集的制動踏板數(shù)據(jù)。同樣，定義 ID 0x 000C 0001 發(fā)送檔位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度 1 字節(jié)，數(shù)據(jù)場中的 00 、 01 、 02 分別代表停車擋、行駛擋和倒檔。
自定義協(xié)議完成后，需將此協(xié)議 添加到 PV750 配置文件 中并 完成端口配置 ，如圖：
我們采用 PV750 的 A 端口 接收自定義 CAN 數(shù)據(jù)，分別 選擇所接收數(shù)據(jù)的類型、 ID 、長度以及存放數(shù)據(jù)的變量 （即上文所定義的制動和檔位變量）。
以上工作完成后， PV750 的配置基本完成，需要 編譯后下載到儀表中 。首先在配置軟件上 單擊 FULL 進行編譯 ，并將編譯好的文件 拷入 U 盤 。將 USB 連接線 與 PV750 的 C 口連接好后插入 U 盤，同時按下 PV750 右側(cè)下方兩個按鍵 ，打開電源，進行配置文件的寫入。寫入完成后將在屏幕上 顯示剛剛配置好的界面。
• 模擬輸入信號，在儀表上顯示 。
界面配置完成后，為測試其功能，需先用 USB-CAN 進行測試， USB — CAN 的界面如下圖所示：
在幀格式中選擇 擴展幀 ， ID 填入 剛才定義的 ID 發(fā)送 幀數(shù)填入 1000 數(shù)據(jù)框內(nèi) 填入需要顯示的數(shù)據(jù) 后進行發(fā)送。觀察儀表上是否 顯示對應數(shù)據(jù) 。
按上述方法分別測試檔位、轉(zhuǎn)速、制動力度的顯示，確認功能全部實現(xiàn)。
• 與實驗 2 的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)
系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)是本設計接近真實使用環(huán)境的一步。在聯(lián)調(diào)中， CAN 總線數(shù)據(jù)的發(fā)送不再依靠 USB — CAN ，而是由總線通信應用試驗的控制器完成。聯(lián)調(diào)時， 控制器采集 制動踏板、油門踏板和檔位開關(guān)信號，按上述協(xié)議 向總線上發(fā)送 CAN 數(shù)據(jù) ， PV750 接收 到數(shù)據(jù)后完成顯示。
實驗小結(jié)：
通過本設計與實驗，本小組對現(xiàn)代汽車儀表特別是總線儀表的工作過程和原理有了更加直觀、深入的了解和認識。初步掌握了電氣圖的辨識與接線的方法。特別是通過對 PV750 儀表的學習，不僅掌握了該儀表的基本配置方法，同時也更深入的理解了 CAN 總線通信的原理和應用過程。這將為今后繼續(xù)從事汽車電氣的研究打下良好的基礎。
|
Murphy產(chǎn)品分類
