专利名称：一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种工程机械的产品，具体就是一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，属于电子控制技术领域。
背景技术：
随着国内挖掘机技术水平的提高，电控柴油发动机和车GPS定位系统的普遍应用，挖掘机上越来越多的装备了电子式显示设备；同时由于挖掘机在使用过程中有着“按时保养”、“按时计酬”等特点，决定了其必须具有显示内容丰富，操作灵活、除了显示其一般的工况信息外，还应具有能通过CAN总线及RS232串口与发动机、GPS定位系统等设备通讯，对发动机工作时间进行计时，对保养周期、还贷期限进行屏幕文字提示等功能。因此开发一款以挖掘机为主要配套对象的新颖的“挖掘机仪表控制显示系统”，已经成为当前工程机械行业的研发热点与技术亮点。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题在于实现了挖掘机控制显示系统，具有功能丰富、操作灵活、体积小的优点。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为:一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，包括电源电路、通讯接口电路、信号采样电路、主控电路、报警指示及输出电路、键盘电路、显示屏电路，其特征在于:所述的主控电路的输入端分别与电源电路、通讯接口电路和信号采样电路的输出端连接，所述的主控电路的输出端分别与报警指示及输出电路、键盘电路和显示屏电路的输入端连接。所述的主控电路包括微处理器、存储器、系统调试接口、键盘接口和LED显示模块，所述的微处理器的输出端分别与存储器、系统调试接口、键盘接口和LED显示模块的输入端连接，所述的键盘接口的输出端与键盘电路的输入端连接，所述的显示接口的输出端与显示屏电路的输入端连接。所述的电源电路包括开关直流稳压电源、开关直流稳压电源、直流稳压电源、线性直流稳压电源、输入保护电路和地线隔离电路，所述的开关直流稳压电源的输出端分别与开关直流稳压电源、直流稳压电源、线性直流稳压电源和输入保护电路的输入端连接，所述的开关直流稳压电源和线性直流稳压电源的输出端分别与主控电路的输入端连接，所述的直流稳压电源的输出端与信号采样电路的输入端连接。所述的地线隔离电路的输入端与电源地线相连，其输出端与信号地线相连。所述的通讯接口电路包括RS232串口接口电路和CAN总线接口电路，所述的RS232串口接口电路和CAN总线接口电路的输出端分别与微处理器的输入端连接。所述的信号采样电路包括模拟信号采样电路、频率信号采样电路、开关信号采样电路和并口输入扩展电路，所述的开关信号采样电路的输入端采集报警指示灯开关信号，所述的开关信号采样电路的输出端将电平信号传送给并口输入扩展电路的输入端，并口输入扩展电路的输出端将串口信号传送给微处理器，模拟信号采样电路的输入端采集燃油油量信号和信号地线电位，其输出端将0-5V的电压信号传送给微处理器，频率信号采样电路的输入端米集发动机转速信号，其输入端将方波脉冲信号传送给微处理器。所述的报警指示及输出电路包括并口输出扩展电路、报警指示灯驱动电路、LED指示灯电路、蜂鸣器报警电路和控制信号输出电路，所述的并口输出扩展电路的输入端与微处理器的输出端连接，其接受微处理器传送的串口信号，所述的并口输出扩展电路的输出端与报警指示灯驱动电路的输入端连接，其输出端将电平信号传送给报警指示灯驱动电路的输入端，所述的报警指示灯驱动电路的输出端与LED指示灯电路、蜂鸣器报警电路和控制信号输出电路的输入端连接，所述的控制信号输出电路输出行走报警信号。所述的键盘电路包括数据线和键盘，所述的键盘通过数据线与键盘接口相连。所述的显示屏电路包括数据线和LED显示模块，所述的LED显示模块通过数据线与显示接口相连。本实用新型的优点在于:控制显示系统集成有嵌入式软件平台，支持J1939-CAN2.0车载局域网络通讯协议，通过大尺寸IXD屏采用图形和文字结合显示、键盘进行操作的形式，使显示内容清晰直观、信息量大，用户操作方便，具有良好的人机界面；并结合LED报警灯和蜂鸣器对重要信息和故障项目进行声光提示，隐藏信息内容和用户自定义设置可利用键盘通过菜单的形式操作。通过键盘可以切换功能或对系统进行设置，由微处理器集中控制，工作精度高，功能性强，可靠性高；实现了与整机的CAN总线通讯和与车载GPS的RS232串口通讯。
图1为本实用新型基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统的硬件组成原理框图；图2为本实用新型基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统的电路图；由于页面关系，将图2分解成图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5、图2-6、图2-7七部分，图2-1是本实用新型电源电路的电路图；图2-2是本实用新型通讯接口电路的电路图；图2-3是本实用新型信号采样电路的电路图；图2-4是本实用新型主控电路的电路图；图2-5是本实用新型报警指示及输出电路报警指示及输出电路的电路图；图2-6是本实用新型键盘电路的电路图；图2-7是本实用新型显示屏电路的电路图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，包括电源电路10、通讯接口电路20、信号采样电路30、主控电路40、报警指示及输出电路50、键盘电路60、显示屏电路70，所述的主控电路40的输入端分别与电源电路10、通讯接口电路20和信号采样电路30的输出端连接，所述的主控电路40的输出端分别与报警指示及输出电路50、键盘电路60和显示屏电路70的输入端连接。所述的主控电路40包括微处理器41、存储器42、系统调试接口 43、键盘接口 44和显示接口，所述的微处理器41的输出端分别与存储器42、系统调试接口 43、键盘接口 44和显示接口的输入端连接，所述的键盘接口 44的输出端与键盘电路60的输入端连接，所述的显示接口 45的输出端与显示屏电路70的输入端连接。所述的微处理器41，采用NEC公司的UPD78F0848单片机作为芯片，微处理器通过软件在外围电路的支持下实现设计的功能，晶振频率为16MHz。微处理器41由5V直流稳压电源15供电。重要负责监视钥匙电源，控制显示系统的开机/关机状态；采集载控制器、传感器及报警开关的输入信号；与CAN总线及GPS串口数据保持通讯；监测键盘命令等。将接收到的信号、数据、命令等处理后输出LCD显示内容、报警指示灯及蜂鸣器的工作状态等到相应的驱动电路或执行元件。系统中微处理器41功能主要在软件的控制下实现。所述的存储器42为EEPROM存储器，主控系统中的控制软件存放与微处理器芯片的片内Flash存储器上，设置参数和运算结果保存在存储器42内。存储器42是由X5043芯片组成，具有4k bit存储容量，CAN总线控制器由微处理器内置。系统调试接口 43调试时与调试设备数据线连接，键盘接口 44与键盘数据线61连接，显示接口 45与LED显示模块通过数据线71连接。所述的电源电路10包括开关直流稳压电源12、开关直流稳压电源14、直流稳压电源16、线性直流稳压电源15、输入保护电路11和地线隔离电路13，所述的开关直流稳压电源12的输出端分别与开关直流稳压电源14、直流稳压电源16、线性直流稳压电源15和输入保护电路11的输入端连接，所述的开关直流稳压电源14和线性直流稳压电源15的输出端分别与主控电路40的输入端连接，所述的直流稳压电源16的输出端与信号采样电路30的输入端连接。所述的地线隔离电路13的输入端与电源地线相连，其输出端与信号地线相连。所述的输入保护电路11是由保险丝、整流二极管、电阻、TVS管和压敏电阻构成的直流电源输入保护电路，用来抑制输入电源的过压、过流、浪涌、极性反接等现象。开关直流稳压电源12是由集成电路2575及外围元件构成，将输入的24V直流电源电源转换成6.8V直流电源。地线隔离电路13是由电容器构成，将电源地线与信号地线进行直流隔离。开关直流稳压电源14是由集成电路33063及外围元件构成的开关直流稳压电源，将前级输入的
6.8V直流电源电源转换成10.5V直流电源。线性直流稳压电源15是由集成电路1117及外围元件构成的线性直流稳压电源，将前级输入的6.8V直流电源电源转换成5V直流电源(VCC)0直流稳压电源16是由电阻、电容、稳压二极管构成的直流稳压电路，将前级输入的
6.8V直流电源电源转换成4.7V直流电源。所述的通讯接口电路20包括RS232串口接口电路21和CAN总线接口电路22，所述的RS232串口接口电路21和CAN总线接口电路22的输出端分别与微处理器41的输入端连接。RS232串口接口电路21是由集成电路ADMlOIE及外围元件构成，将RS232串口通讯信号的电平幅度转换成与微处理器通讯的5V信号电平的串口数据。CAN总线接口电路22是由集成电路TJA1050及外围元件构成，将CAN总线通讯信号的转换成与微处理器通讯的5V信号电平的串口数据。所述的信号采样电路30包括模拟信号采样电路31、频率信号采样电路32、开关信号采样电路33和并口输入扩展电路34，所述的开关信号采样电路33的输入端采集报警指示灯开关信号，所述的开关信号采样电路33的输出端将电平信号传送给并口输入扩展电路34的输入端，并口输入扩展电路34的输出端将串口信号传送给微处理器41，模拟信号采样电路31的输入端采集燃油油量信号和信号地线电位，其输出端将0-5V的电压信号传送给微处理器41，频率信号采样电路32的输入端采集发动机转速信号，其输入端将方波脉冲信号传送给微处理器41。所述的模拟信号采样电路31是由电阻、电容、二极管构成，共有4路通道，信号由串联电阻分压、经η型RC滤波后输入到微处理器的A/D输入端口。模拟信号采样电路32是由电阻、电容、集成运放构成，运放设计成比较器电路结构，正弦波信号由串联电阻分压、经RC滤波后通过比较器放大整形成幅度为5V的方波信号，输入到微处理器的测频输入端口。开关信号采样电路33是由电阻、电容构成，共有10路通道，其中8路低电平通道，2路高电平通道，信号经串联电阻分压后输入到端口扩展电路34的并行输入端口，其中低电平通道含信号上拉电阻。并口输入扩展电路34是由集成电路4021构成，将8位并行输入信号通过移位寄存器转换成串行输入信号提供给微处理器41。所述的报警指示及输出电路50包括并口输出扩展电路51、报警指示灯驱动电路52、LED指示灯电路53、蜂鸣器报警电路54和控制信号输出电路55，所述的并口输出扩展电路51的输入端与微处理器41的输出端连接，其接受微处理器41传送的串口信号，所述的并口输出扩展电路51的输出端与报警指示灯驱动电路52的输入端连接，其输出端将电平信号传送给报警指示灯驱动电路52的输入端，所述的报警指示灯驱动电路52的输出端与LED指示灯电路53、蜂鸣器报警电路54和控制信号输出电路55的输入端连接，所述的控制信号输出电路55输出行走报警信号。所述的报警指示电路包括并口扩展电路51、报警指示灯驱动电路52、LED指示灯电路53、蜂鸣器报警电路54。并口扩展电路51由两片4094移位寄存器串联组成，可将微处理器发送的串行数据转换成16位并行数据。报警指示灯驱动电路52由4片ULN2003A达林顿晶体管阵列组成，单片ULN2003A集成了 7组达林顿晶体管，最多可实现28路LED灯的驱动。蜂鸣器报警电路54由开升压关稳压电源14供电，供电电压10.5V，由微处理器内置的驱动器驱动。蜂鸣器上并联的电容器和串联的电阻器为改善对电源影响用。LED指示灯电路53包括LED报警指示灯各由I只红色或绿色LED与限流电阻串联组成，工作时点亮。报警指示灯电路54由6.8V开关稳压电源12供电(VDD)，每路LED工作电流10_15mA。控制信号输出电路55由一常开继电器和保险丝组成，继电器由微处理器41内置的驱动器驱动。所述的键盘电路60包括数据线61和键盘62 ;其中所述的键盘62通过数据线61与键盘接口 44相连。键盘62含8个按键，分别为:上下左右方向键、确认键、取消键、帮助键、静音键。所述的显示屏电路70包括数据线71和LED显示模块72 ;其中所述的LED显示模块72通过数据线71与显示接口 45相连。显示屏电路为STN工艺的IXD带淡蓝色背光，上半部分以扇形图形形式显示发动机温度和燃油油量，中间用数字显示发动机转速，下方用文字显示菜单或提示信息。文字采用33X 128点阵显示，可显示中、英、俄、德四国文字。本实用新型的控制显示系统集成有嵌入式软件平台，支持J1939-CAN2.0车载局域网络通讯协议，通过大尺寸LCD屏采用图形和文字结合显示、键盘进行操作的形式，使显示内容清晰直观、信息量大，用户操作方便，具有良好的人机界面；并结合LED报警灯和蜂鸣器对重要信息和故障项目进行声光提示，隐藏信息内容和用户自定义设置可利用键盘通过菜单的形式操作。通过键盘可以切换功能或对系统进行设置，由微处理器集中控制，工作精度高，功能性强，可靠性高；实现了与整机的CAN总线通讯和与车载GPS的RS232串口。
权利要求1.一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:包括电源电路(10)、通讯接口电路(20)、信号采样电路(30)、主控电路(40)、报警指示及输出电路(50)、键盘电路(60)、显示屏电路(70);其中所述的主控电路(40)的输入端分别与电源电路(10),通讯接口电路(20)和信号采样电路(30)的输出端连接，所述的主控电路(40)的输出端分别与报警指示及输出电路(50 )、键盘电路(60 )和显示屏电路(70 )的输入端连接。
2.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的主控电路(40)包括微处理器(41)、存储器(42)、系统调试接口(43)、键盘接口(44)和LED显示模块(45);其中所述的微处理器(41)的输出端分别与存储器(42)、系统调试接口(43)、键盘接口(44)和LED显示模块(45)的输入端连接，所述的键盘接口(44)的输出端与键盘电路(60)的输入端连接，所述的显示接口(45)的输出端与显示屏电路(70)的输入端连接。
3.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的电源电路(10)包括开关直流稳压电源(12)、开关直流稳压电源(14)、直流稳压电源(16)、线性直流稳压电源(15)、输入保护电路(11)和地线隔离电路(13);其中所述的开关直流稳压电源(12)的输出端分别与开关直流稳压电源(14)、直流稳压电源(16)、线性直流稳压电源(15 )和输入保护电路(11)的输入端连接，所述的开关直流稳压电源(14)和线性直流稳压电源(15)的输出端分别与主控电路(40)的输入端连接，所述的直流稳压电源(16)的输出端与信号采样电路(30)的输入端连接，所述的地线隔离电路(13)的输入端与电源地线相连，其输出端与信号地线相连。
4.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的通讯接口电路(20)包括RS232串口接口电路(21)和CAN总线接口电路(22)；其中所述的RS232串口接口电路(21)和CAN总线接口电路(22)的输出端分别与微处理器(41)的输入端连接。
5.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的信号采样电路(30)包括模拟信号采样电路(31)、频率信号采样电路(32)、开关信号采样电路(33)和并口输入扩展电路(34);其中所述的开关信号采样电路(33)的输出端与并口输入扩展电路(34)的输入端连接，模拟信号采样电路(31)、频率信号采样电路(32)和并口输入扩展电路(34)的输出端分别与微处理器(41)的输入端连接。
6.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的报警指示及输出电路(50)包括并口输出扩展电路(51)、报警指示灯驱动电路(52)、LED指示灯电路(53)、蜂鸣器报警电路(54)和控制信号输出电路(55);其中所述的并口输出扩展电路(51)的输入端与微处理器(41)的输出端连接，所述的并口输出扩展电路(51)的输出端与报警指示灯驱动电路(52)的输入端连接，所述的报警指示灯驱动电路(52)的输出端与LED指示灯电路(53)、蜂鸣器报警电路(54)和控制信号输出电路(55)的输入端连接。
7.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的键盘电路(60)包括数据线(61)和键盘(62);其中所述的键盘(62)通过数据线(61)与键盘接口(44)相连。
8.如权利要求1所述的一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，其特征在于:所述的显示屏电路(70)包括数据线(71)和LED显示模块(72);其中所述的LED显示模块(72)通过数据线(71)与显示接 口(45)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机技术的挖掘机仪表控制显示系统，包括电源电路、通讯接口电路、信号采样电路、主控电路、报警指示及输出电路、键盘电路、显示屏电路；其中所述的主控电路的输入端分别与电源电路、通讯接口电路和信号采样电路的输出端连接，所述的主控电路的输出端分别与报警指示及输出电路、键盘电路和显示屏电路的输入端连接。本实用新型具有操作方便，工作精度高，功能性强，可靠性高，体积小的优点。
文档编号E02F9/26GK203022053SQ201220730500
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者陈荣民, 单立钢, 王翔, 叶洪 申请人:绍兴天科电子有限公司