专利名称：总线式汽车仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车电子技术领域，特别涉及一种经济型的汽车总线式汽车仪表。
背景技术：
随着汽车电子设备进行控制的数量越来越多，车身布线越来越复杂，其运行可靠性也降低、故障维修难度也相应加大，为解决上述问题，现代汽车将通信网络技术和现场控制技术融合在一起，采用汽车网络，因而车载电子设备间的数据通信，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的；并且目前我国制定的汽车尾气排放标准越来越高，汽车不断采用新技术，如电控汽油喷射、电子发动机控制系统、电控燃油泵喷射系统或共轨式电控燃油喷射系统等。为了适应当今汽车发展的潮流，国际上汽车内部网络普遍应用经济型总线协议SAEJ1587通讯协议。而现有的汽车组合式仪表存在线束较多的问题，抗干扰能力差，电路复杂，产品寿命低和可靠性差。
发明内容
本实用新型提供一种总线式汽车仪表，以解决目前汽车仪表存在的线束较多、抗干扰能力差、电路复杂、产品寿命低和可靠性差的问题。本实用新型采取的技术方案是总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，该模拟量开关量隔离驱动模块连接仪表控制器、开关量输出模块，仪表控制器连接步进电机驱动模块，告警模块；背光模块，整个系统由DC-DC转换及电源过压保护模块提供稳定的电源；数据输入采样模块包括开关量采集模块、模拟量采集模块和高速信号采集模块。
其工作原理是总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，然后送至仪表控制器中的微控制器，该微控制器送控制信号至模拟量开关量隔离驱动模块进行控制，所有输入数据经微控制器处理后送至开关量输出模块、步进电机指针驱动模块，告警模块；背光模块为仪表板提供背景照明，仪表控制系统中的微控制器与之连接，控制其亮度，整个系统由DC-DC转换及过压保护模块提供稳定的电源。其中仪表控制器，运行SAE J1587协议，通过J1587总线接口模块与发动机ECU的J1587数据总线连接，获取相应信号，实现外部设备状态数据的传输和转换；总线接口模块采用了SAE J1587总线协议。
本实用新型的优点是结构新颖，电路简单，通过J1587总线接口模块与发动机ECU的J1587数据总线连接，获取相应信号，实现外部设备状态数据的传输和转换；总线接口模块采用了SAE J1587总线协议，使得仪表在汽车上的应用减少了导线或线束用量并避免传感器的重复安装，降低整车成本，产品寿命得到提高；模拟量开关量隔离驱动模块对模拟量、开关量等所有输入信号与内部控制模块进行了全隔离，大大提高了仪表总成的抗干扰性和系统可靠性；步进电机驱动模块全部采用步进电机驱动仪表指针显示，具有较高的环境适应性、高可靠性，并实现了系统的全数字化，是一种经济型的汽车总线仪表。
图1、本实用新型系统结构框图；图2a、本实用新型仪表控制器电路原理图；图2b、本实用新型仪表控制器中第一、三连接器件电路原理图；图2c、本实用新型仪表控制器中第二连接器件电路原理图；图2d、本实用新型仪表控制器中第四连接器件电路原理图；图2e、本实用新型仪表控制器中第一可重复擦写存储器电路原理图；
图2f、本实用新型仪表控制器中第一晶振部分电路原理图；图3、本实用新型总线接口模块电路原理图；图4a、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路原理图；图4b、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第七连接器件JP1电路原理图；图4c、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第八连接器件JP2电路原理图；图4d、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第九连接器件JP3电路原理图；图4e、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第十连接器件JP4电路原理图；图4f、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第十一连接器件JP5电路原理图；图4g、本实用新型模拟量及开关量信号采集模块电路中第十二连接器件JP6电路原理图；图5、本实用新型高速信号采集模块电路原理图；图6a、本实用新型模拟量开关量隔离驱动模块电路原理图；图6b、模拟量开关量隔离驱动模块中第十四连接器件JP8电路原理图；图6c、模拟量开关量隔离驱动模块中第十五连接器件JP9电路原理图；图7a、本实用新型开关量输出模块电路原理图；图7b、本实用新型开关量输出模块中第十三连接器件S41电路原理图；图8、本实用新型步进电机指针驱动模块电路原理图；图9、本实用新型告警模块电路原理图；图10a、本实用新型DC-DC转换电路原理图；图10b、本实用新型过压保护模块电路原理图；图11、本实用新型背光模块电路原理图
具体实施方式
见图1，总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，该模拟量开关量隔离驱动模块连接仪表控制器、开关量输出模块，仪表控制器连接步进电机驱动模块，告警模块；背光模块，整个系统由DC-DC转换及电源过压保护模块提供稳定的电源；数据输入采样模块包括开关量采集模块、模拟量采集模块和高速信号采集模块。
其工作原理是总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，然后送至仪表控制器中的微控制器，该微控制器送控制信号至模拟量开关量隔离驱动模块进行控制，所有输入数据经微控制器处理后送至开关量输出模块、步进电机指针驱动模块，告警模块；背光模块为仪表板提供背景照明，仪表控制系统中的微控制器与之连接，控制其亮度，整个系统由DC-DC转换及过压保护模块提供稳定的电源。其中仪表控制器，运行SAE J1587协议，通过J1587总线接口模块与发动机ECU的J1587数据总线连接，获取相应信号，实现外部设备状态数据的传输和转换；总线接口模块采用了SAE J1587总线协议，见图2a～f，仪表控制器电路，经过光电隔离的信号经第一连接器件S1、第三连接器件S3、第四连接器件S4送至第一微控制器IC18，经处理后经第一微控制器的PTA0～2，PTA5～7，PTC7端口输出至步进电机驱动模块，经MOSI、PTC6、SPSCK端口输出至告警模块，经PTB6端口输出至背光模块，总里程及短程信息输出至第一液晶驱动器件IC12*驱动液晶显示。系统供电由第二连接器件S2与DC-DC转换及过压保护模块相连，为整个系统提供稳定的电源。IC21为第一可重复擦写存储器，用于存储总里程、短程及其它数据。第89电阻R89，第33二极管Z33为第一微控制器IC18提供基准电压；第90电阻R90与第5按键S5组成短程清零电路；第100电阻R100、第2电阻R2，第1电容C1组成复位电路；第85电阻R85，第84电阻R84，第一晶振J2，第33电容C33，第34电容C34共同为第一微控制器IC18提供时钟。
总线接口模块电路，如图3所示，将第五输入连接器件S6与发动机ECU的J1587数据总线连接，获取发动机转速、里程、转速、水温、机油压力、车速、电压等信号，通过第六连接器件S31送至仪表控制系统模块的第一微控制器IC18。总线信号通过第一连接器S6的2脚、3脚、第27电阻R27、第26电阻R26连接到第一协议转换器件IC23的6脚、7脚，把RS485信号转换成标准的UART信号，其1脚输出通过第一隔离器件IC24送至仪表控制系统模块第一控制器IC18的数据接收端，第一控制器IC18输出的UART信号通过第三隔离器件IC17隔离，送至第一协议转换器件IC23的4脚，控制信号通过第二隔离器件G1隔离，对总线进行收发控制。
数据输入采样模块电路原理图包括模拟量、开关量信号采集模块，高速信号采集模块。如图4a～g所示，为模拟量及开关量信号采集模块电路原理图，第七连接器件JP1、第八连接器件JP2、第九连接器件JP3、第十连接器件JP4为外部数据输入接口，数据开关量K15、K8、K16、K39、K36、K17、K27、K18、K19、K20通过第二选择器件IC2，K33、K34、K44、K6、K35、K5、K24、K25、K2第三选择器件IC5，模拟量K21、K22、K23、K42、K43、K45通过第一选择器件IC1采集后，由第一控制器件IC4进行采样选择，第一运算放大器IC3A放大模拟量，第一三极管N1放大开关量，放大后通过第十二连接器件JP6送入模拟量开关量隔离驱动模块。第十一连接器件JP5与DC-DC转换及过压保护模块连接，获取稳定的电源电压。模拟量采集模块主要采集双路气压及燃油位的模拟信号。开关量采集模块主要采集左、右转向等告警灯信号。如图5所示，为高速信号采集模块电路，由端口K28输入高速信号，通过由第74电阻R74、第11电容C11、第32二极管Z32组成的滤波网络，输入至第一比较器IC20A的负向输入端2脚，由第一比较器IC20、第76电阻R76、第75电阻R75、第78电阻R78、第77电阻R77共同组成施密特触发器，参数可调，适应不同信号源，可根据信号的不同幅度进行调整。输出通过第四隔离器件G2光电隔离后输出到第十三连接器件S41的第4脚，连接至仪表控制系统模块；同理由端口K29输入高速信号，通过由第82电阻R82衰减，第14电容C14滤波后输入至第一比较器IC20B的输入端6脚，与第81电阻R81，第79电阻R79，第83电阻R83的节点电压比较后输出至第五隔离器件G3的阴极，经过光电隔离后输出到第十三连接器件S4的5脚、6脚。
模拟量开关量隔离驱动模块电路如图6a～c所示，通过第七隔离器件IC8、第八隔离器件IC9、第九隔离器件IC10，第十隔离器件IC7对采集的开关量进行光电隔离，第六隔离器件IC11为模拟量光电隔离，把来自仪表控制系统模块的控制信号通过第七隔离器件IC8、第八隔离器件IC9、第九隔离器件IC10送到模拟信号采集及开关量采集单元，开关量采集的输出的数字信号通过第十隔离器件IC7进行光电隔离，送至第一微控制器IC18。模拟量采集单元的输出通过第一运算放大器IC12A放大后通过第六隔离器件IC11隔离送到第一微控制器件IC18的内部A/D转换器。第十五连接器件JP9为模拟量采集模块、开关量采集模块与光电隔离模块的连接器件。第十六连接器件S1为第一微控制器IC18与光电隔离模块间的连接器件。第十四连接器件JP8与DC-DC转换及过压保护模块连接，获取稳定的电源电压。
开关量输出模块电路，如图7a～b所示，由第十三连接器件S41的1脚、2脚输出信号由第十一隔离器件G4隔离后，通过第十六三极管N16放大后输出至端口B7，B7信号是为缓速器提供的信号；IC4的信号IC4-13、IC4-14分别经过第43电阻R43、第3三极管N3的基极，第44电阻R44、第4三极管N4的基极放大后输出负控信号；信号IC4-11，IC4-12分别经过第46电阻R46、第5三极管N5的基极，第48电阻R48、第6三极管N6的基极放大后输出正控信号。
步进电机驱动模块电路，如图8所示，由第一锁存器IC14，第二锁存器IC16及第一步进电机驱动器IC30，第二步进电机驱动器IC22分别驱动8个步进电机，8个步进电机分别驱动车速表、发动机转速表、水温表、油量表、机油压力表、蓄电池电压表、气压表双路的指针，其输入信号分别来自端口PTA0～2，PTA5～7及PTC7。
告警模块电路，如图9所示，从仪表控制系统的第一微控制器IC18过来的串行信号送到第一LED显示驱动专用芯片IC1、第二LED显示驱动专用芯片IC2、第三LED显示驱动专用芯片IC3，转换成并行信号驱动各报警发光二极管。
DC-DC转换及过压保护模块电路，如图10a～b所示，过压保护模块正常工作时，第五三极管P5截止，第四三极管P4和第六三极管P6导通，供电正常；当输入电压增加，大于第一肖特基二极管Z1的激穿电压，第五三极管P5导通，第四三极管P4和第六三极管P6截止，切断仪表的供电电源，保护仪表，其保护电压约33V。M2为第二三端稳压源，输出12V电压。DC-DC转换模块，如图10a所示，DC1为第一专用DC-DC模块，输出5V、10V电压，可以阻断从电源耦合过来的干扰，提高抗干扰能力及EMC特性。
背光模块电路，如图11所示，由13组一个发光二极管串联一个电阻，之后并联，发光二极管的阴极接VDD电源；21组三个发光二极管及一个电阻串联，2组二个发光二极管与一个电阻串联，之后并联，发光二极管的D12～18，D24～63，D69～78接地组成，通过仪表控制系统第一微控制器件IC18的PWM功能调节背光亮度，解决了背光亮度不均匀的问题。
权利要求1.一种总线式汽车仪表，其特征在于总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，该模拟量开关量隔离驱动模块连接仪表控制器、开关量输出模块，仪表控制器连接步进电机驱动模块，告警模块；背光模块，整个系统由DC-DC转换及电源过压保护模块提供稳定的电源。
2.根据权利要求1所述的总线式汽车仪表，其特征在于数据输入采样模块包括开关量采集模块、模拟量采集模块和高速信号采集模块。
专利摘要本实用新型涉及一种总线式汽车仪表，属于汽车电子技术领域。总线接口模块与数据输入采样模块一起连接至模拟量开关量隔离驱动模块，该模拟量开关量隔离驱动模块连接仪表控制器、开关量输出模块，仪表控制器连接步进电机驱动模块，告警模块；背光模块，整个系统由DC－DC转换及电源过压保护模块提供稳定的电源。优点是结构新颖，电路简单，使得仪表在汽车上的应用减少了导线或线束用量并避免传感器的重复安装，降低整车成本，产品寿命得到提高；具有较高的环境适应性、高可靠性，并实现了系统的全数字化，是一种经济型的汽车总线仪表。
文档编号G01D7/02GK2800232SQ20052002939
公开日2006年7月26日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者崔海涛, 林英慧 申请人:吉林天工汽车仪表有限公司