多功能总线显示仪的制作方法

本实用新型涉及一种显示控制设备，特别涉及一种多功能总线显示仪。

（二）、

背景技术：
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目前，随着电控设备在车辆、工厂、科研院所的不断推广，带有总线和较高驱动能力的仪表越来越广泛地被使用，对这些仪表的要求也越来越高，尤其是对仪表的稳定性和可靠性要求也越来越高，因此，这些仪表必须既具备较高的抗干扰能力，又要有很好的软件算法，保证在恶劣环境下安全可靠地运行，这就对仪表的开发与设计提出了很大的挑战。然而，现有技术中大多是仪表显示与驱动器分离，尺寸较大，而且连接线相对复杂，不利于在安装尺寸受限的空间内装配，这些都使仪表的稳定性和可靠性受到影响。

根据仪表的实际工作特性，其理想的架构应该是支持分布式控制系统的架构，即：仪表可以作为一个主节点控制单元，对从节点的设备进行广播式发送数据或单节点发送数据；同时，仪表也可以作为一个从节点，向主节点请求数据，并且根据具体的数据控制输出端口驱动外围设备。因此，多功能显示仪必须具备较强的通信容错能力、驱动能力，而且数据处理和响应精确快速、有过流、过压等保护，防止意外情况的发生。

为了实现这种仪表架构，需要比较复杂的控制电路、驱动电路和软件设计。目前行业内仪表各式各样，主要有如下几种情况:

(一)基于RS-485总线的液晶屏显示器。

(二)基于CAN总线的车载仪表，带有LIN总线作为辅助通信接口。

(三)基于CAN总线的圆形分离式仪表。

上述几种仪表的缺点是：总线通信能力薄弱，不具备总线间的数据转换能力，缺乏驱动控制能力，只能对外围设备进行数据或命令的传送，不能直接操作外围设备，而且外形较大不易于狭小空间的安装。

因此，具备多总线和驱动能力的多功能仪表是未来需求的方向，它不但减化了多总线数据通信，而且还大大提高了系统驱动控制的实时性，但是这种仪表多总线数据转换模块和驱动模块是设计中的难点。

（三）、

技术实现要素：
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实用新型要解决的技术问题是：提供一种功能强、可靠性好的多功能总线显示仪。

本实用新型的技术方案：

一种多功能总线显示仪，含有中央处理模块、显示模块、电源模块、CAN总线模块、LIN总线模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和驱动输出模块；中央处理模块中含有微处理器，显示模块中含有显示器，CAN总线模块中含有CAN收发器和共模滤波器，LIN总线模块中含有LIN收发器，RS-485总线模块中含有RS-485收发器，模拟信号输入模块中含有N个相同的模拟信号输入电路，数字信号输入模块中含有M个相同的数字信号输入电路，驱动输出模块中含有第一三极管和智能高边开关；微处理器的显示口与显示器连接，微处理器的CAN通讯口依次通过CAN收发器和共模滤波器后与CAN总线连接，微处理器的第一串行通讯口通过LIN收发器与LIN总线连接，微处理器的第二串行通讯口通过RS-485收发器与RS-485总线连接，外部的N个模拟输入信号通过N个模拟信号输入电路分别进入微处理器的N个模数转换输入端，外部的M个数字输入信号通过M个数字信号输入电路分别进入微处理器的M个数字信号输入端，微处理器的驱动控制输出端通过第一三极管与智能高边开关的控制输入端连接，外部的直流电源与智能高边开关的电源端连接，智能高边开关的输出端与驱动输出端连接；电源模块为中央处理模块、显示模块、CAN总线模块、LIN总线模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和驱动输出模块供电。

微处理器是整个显示仪的核心器件，能够对总线数据进行解析、完成不同总线间的数据转换，实现算法、记录历史数据、驱动显示屏，显示数据、控制驱动外围设备的工作状态。

LIN总线模块主要提供比较可靠的LIN总线物理单元，实现低速信号的通信。

CAN总线模块是显示仪接受指令、参数和上传数据的传输通道。使用该模块可以大大减少现场的布线长度和复杂度，并且提供了较高的通信稳定性和容错能力。特别在多节点通信系统中，可以很好地保证各个节点之间高速稳定的通信。

RS-485总线模块用来提供可靠的RS-485总线物理单元，实现中低速信号的通信。

驱动输出模块主要用来提供较大的驱动电流，实现对外围设备（诸如继电器、电磁阀、启动电机等）的控制，方便仪表对外围设备的直接控制。

每个模拟信号输入电路中含有钳位二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容，外部的一个模拟输入信号进入第一电阻的一端，第一电阻的一端通过第二电阻接电源，第一电阻的一端还通过第一电容接地，第一电阻的另一端与微处理器的一个模数转换输入端连接，微处理器的模数转换输入端通过钳位二极管接电源和地，微处理器的模数转换输入端还通过第三电阻和第二电容接地；每个数字信号输入电路中含有第四电阻、第三电容和第一稳压管，外部的一个数字输入信号通过第四电阻进入微处理器的一个数字信号输入端，微处理器的数字信号输入端通过第三电容和第一稳压管接地。

第一电阻和第四电阻起到限流的作用，钳位二极管起到防静电的作用，第一稳压管起到过压保护的作用。钳位二极管的型号为：BAV99。

外部的比较输入信号进入微处理器的比较信号输入端；微处理器的睡眠信号输出端与LIN收发器的睡眠模式输入端连接，微处理器的唤醒信号输出端与LIN收发器的唤醒模式输入端连接；微处理器的第二串行通讯口中的发送数据端通过第三三极管与RS-485收发器连接。

CAN总线的两根通讯线之间连接有总线保护器，RS-485总线的两根通讯线之间也连接有总线保护器。

显示模块中还含有数字触摸传感器和红外接收器；数字触摸传感器的输入端连接触摸按键，数字触摸传感器的输出端与微处理器的按键信号输入端连接；红外接收器的输出端通过第五电阻与微处理器的红外信号输入端连接，红外接收器用来接收遥控器发出的信号。

数字触摸传感器的型号为：TTP224；红外接收器的型号为：IRM3638；显示器的型号为：OLED-00485。

显示模块不仅可显示各种信息，还可通过触摸按键和遥控器对显示仪进行操作控制和参数输入。

电源模块中含有第一稳压器、第二稳压器和升压转换器，外部的直流电源通过防逆流二极管与第一稳压器的输入端连接，第一稳压器的输入端和地之间还连接有第二稳压管，第一稳压器的输出端与第二稳压器的输入端连接，第一稳压器的输出端还与升压转换器的输入端连接，微处理器的显示控制输出端与升压转换器的使能端连接，升压转换器的输出给显示器供电，第一稳压器和第二稳压器的输出给中央处理模块、显示模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和驱动输出模块供电，第一稳压器的输出通过电感给CAN总线模块供电，电感起到隔离滤波作用，外部的直流电直接给LIN总线模块供电。

电源模块主要用来对外部输入的电压(例如：锂电池电压)进行处理，为整个显示仪提供所需的工作电压和电流。该电源模块还具备防反接功能，防止因为用户的疏忽而造成不必要损失。该电源模块可以使整个显示仪兼容9V-60V直流电源，能够灵活搭配各种应用，适应不同应用场合的需求。

中央处理模块中还含有存储器、第二三极管和蜂鸣器；微处理器的串行数据口与存储器的串行数据口连接，存储器主要用来存储重要的运行参数；微处理器的报警信号输出端通过第二三极管与蜂鸣器连接。

为了便于调试和程序下载，微处理器上还连接有程序调试下载口。

微处理器的型号为：MC9S08DZ60；存储器的型号为：W25Q256；CAN收发器的型号为：PCA82C251；共模滤波器的型号为：ACT45B；LIN收发器的型号为：TJA1021；RS-485收发器的型号为：SN65HVD3082；智能高边开关的型号为：BTS4142N；第一稳压器的型号为：LM2576H-5.0；第二稳压器的型号为：AMS1117-3.3；升压转换器的型号为：APW7137B。

本实用新型的有益效果：

本实用新型不仅具备显示功能，还将多种信号传输功能结合在一起，能够对CAN总线、LIN总线、RS-485总线、数字信号、模拟信号等传输的数据进行解析并显示，实现基于多种总线的应用层协议，并承担各种不同总线间数据的转换和传送工作，同时，本实用新型还集成了一个可控的驱动输出模块，可以给外部的电磁阀、继电器等电气设备提供控制信号；因此，本实用新型可为车辆、电气柜等提供可靠、精准、方便的数据显示、数据传输和对外控制的服务，其功能强、可靠性好。

（四）、附图说明：

图1为中央处理模块、模拟信号输入模块和数字信号输入模块的电路原理示意图；

图2为显示模块的电路原理示意图；

图3为CAN总线模块的电路原理示意图；

图4为LIN总线模块的电路原理示意图；

图5为RS-485总线模块的电路原理示意图；

图6为驱动输出模块的电路原理示意图；

图7为电源模块的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图7，图中，多功能总线显示仪含有中央处理模块1、显示模块、电源模块、CAN总线模块、LIN总线模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块2、数字信号输入模块3和驱动输出模块；中央处理模块1中含有微处理器U1，显示模块中含有显示器DS1，CAN总线模块中含有CAN收发器U3和共模滤波器L2，LIN总线模块中含有LIN收发器U9，RS-485总线模块中含有RS-485收发器U4，模拟信号输入模块2中含有2个相同的模拟信号输入电路，数字信号输入模块3中含有2个相同的数字信号输入电路，驱动输出模块中含有第一三极管Q10和智能高边开关U6；微处理器U1的显示口（22脚、27脚、28脚、18脚、19脚）与显示器连接，微处理器U1的CAN通讯口（29脚、30脚）依次通过CAN收发器U3和共模滤波器L2后与CAN总线连接，微处理器U1的第一串行通讯口（24脚、23脚）通过LIN收发器U9与LIN总线连接，微处理器U1的第二串行通讯口（16脚、15脚）通过RS-485收发器U4与RS-485总线连接，外部的2个模拟输入信号通过2个模拟信号输入电路分别进入微处理器U1的2个模数转换输入端（53脚、52脚），外部的2个数字输入信号通过2个数字信号输入电路分别进入微处理器U1的2个数字信号输入端（43脚、41脚），微处理器U1的驱动控制输出端（32脚）通过第一三极管Q10与智能高边开关U6的控制输入端IN连接，外部的直流电源VBAT通过二极管D25、D24与智能高边开关U6的电源端Vdd连接，智能高边开关U6的输出端OUT与24V驱动输出端连接；电源模块为中央处理模块1、显示模块、CAN总线模块、LIN总线模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块2、数字信号输入模块3和驱动输出模块供电。

微处理器U1是整个显示仪的核心器件，能够对总线数据进行解析、完成不同总线间的数据转换，实现算法、记录历史数据、驱动显示屏，显示数据、控制驱动外围设备的工作状态。

LIN总线模块主要提供比较可靠的LIN总线物理单元，实现低速信号的通信。

CAN总线模块是显示仪接受指令、参数和上传数据的传输通道。使用该模块可以大大减少现场的布线长度和复杂度，并且提供了较高的通信稳定性和容错能力。特别在多节点通信系统中，可以很好地保证各个节点之间高速稳定的通信。

RS-485总线模块用来提供可靠的RS-485总线物理单元，实现中低速信号的通信。

驱动输出模块主要用来提供较大的驱动电流，实现对外围设备（诸如继电器、电磁阀、启动电机等）的控制，方便仪表对外围设备的直接控制。

每个模拟信号输入电路中含有钳位二极管（D1、D2）、第一电阻（R11、R12）、第二电阻（R9、R10）、第三电阻（R13、R14）、第一电容（C7、C8）和第二电容（C9、C10），外部的模拟输入信号进入第一电阻（R11、R12）的一端，第一电阻（R11、R12）的一端通过第二电阻（R9、R10）接电源+5V，第一电阻（R11、R12）的一端还通过第一电容（C7、C8）接地，第一电阻（R11、R12）的另一端与微处理器U1的模数转换输入端（53脚、52脚）连接，微处理器U1的模数转换输入端（53脚、52脚）通过钳位二极管（D1、D2）接电源+5V和地，微处理器U1的模数转换输入端（53脚、52脚）还通过第三电阻（R13、R14）和第二电容（C9、C10）接地；每个数字信号输入电路中含有第四电阻（R17、R16）、第三电容（C12、C11）和第一稳压管（Z11、Z12），外部的数字输入信号通过第四电阻（R17、R16）进入微处理器U1的数字信号输入端（43脚、41脚），微处理器的数字信号输入端（43脚、41脚）通过第三电容（C12、C11）和第一稳压管（Z11、Z12）接地。

第一电阻（R11、R12）和第四电阻（R17、R16）起到限流的作用，钳位二极管（D1、D2）起到防静电的作用，第一稳压管（Z11、Z12）起到过压保护的作用。钳位二极管（D1、D2）的型号为：BAV99。

外部的比较输入信号进入微处理器U1的比较信号输入端（54脚、51脚、49脚）；微处理器U1的睡眠信号输出端（33脚）与LIN收发器U9的睡眠模式输入端NSLP连接，微处理器U1的唤醒信号输出端（34脚）与LIN收发器U9的唤醒模式输入端NWAKE连接；微处理器U1的第二串行通讯口（16脚、15脚）中的发送数据端（15脚）通过第三三极管Q4与RS-485收发器U4连接。

CAN总线的两根通讯线之间连接有总线保护器D13，RS-485总线的两根通讯线之间也连接有总线保护器TVS1。

显示模块中还含有数字触摸传感器U63和红外接收器U64；数字触摸传感器U63的输入端（TP0、TP1、TP2、TP3）连接触摸按键（TP0、TP1、TP2、TP3），数字触摸传感器U63的输出端（TPQ0、TPQ1、TPQ2、TPQ3）与微处理器U1的按键信号输入端（6脚、5脚、4脚、3脚）连接；红外接收器U64的输出端1通过第五电阻R67与微处理器U1的红外信号输入端（1脚）连接，红外接收器U64用来接收遥控器发出的信号。

数字触摸传感器U63的型号为：TTP224；红外接收器U64的型号为：IRM3638；显示器DS1的型号为：OLED-00485。

显示模块不仅可显示各种信息，还可通过触摸按键（TP0、TP1、TP2、TP3）和遥控器对显示仪进行操作控制和参数输入。

电源模块中含有第一稳压器UP1、第二稳压器U60和升压转换器U61，外部的直流电源VBAT通过防逆流二极管（DP1、DP4）与第一稳压器UP1的输入端VIN连接，第一稳压器UP1的输入端VIN和地之间还连接有第二稳压管DP3，第一稳压器UP1的输出端OUT通过电感L1与第二稳压器U60的输入端Vin连接，第一稳压器UP1的输出端OUT还通过电感L1与升压转换器U61的输入端VIN连接，微处理器U1的显示控制输出端（17脚）与升压转换器U61的使能端EN连接，升压转换器U61的输出+13.5V给显示器DS1供电，第一稳压器UP1的输出+5V和第二稳压器U60的输出+3V3给中央处理模块1、显示模块、RS-485总线模块、模拟信号输入模块2、数字信号输入模块3和驱动输出模块供电，第一稳压器UP1的输出+5V通过电感FB1给CAN总线模块供电，电感FB1起到隔离滤波作用，外部的直流电VBAT直接给LIN总线模块供电。

电源模块主要用来对外部输入的电压VBAT(锂电池电压)进行处理，为整个显示仪提供所需的工作电压和电流。该电源模块还具备防反接功能，防止因为用户的疏忽而造成不必要损失。该电源模块可以使整个显示仪兼容9V-60V直流电源，能够灵活搭配各种应用，适应不同应用场合的需求。

中央处理模块1中还含有存储器U2、第二三极管Q5和蜂鸣器LS1；微处理器U1的串行数据口（14脚、20脚、18脚、19脚）与存储器U2的串行数据口（CS、DO、CLK、DI）连接，存储器U2主要用来存储重要的运行参数；微处理器U1的报警信号输出端（31脚）通过第二三极管Q5与蜂鸣器LS1连接。

为了便于调试和程序下载，微处理器U1上还连接有程序调试下载口J0。

微处理器U1的型号为：MC9S08DZ60；存储器U2的型号为：W25Q256；CAN收发器U3的型号为：PCA82C251；共模滤波器L2的型号为：ACT45B；LIN收发器U9的型号为：TJA1021；RS-485收发器U4的型号为：SN65HVD3082；智能高边开关U6的型号为：BTS4142N；第一稳压器UP1的型号为：LM2576H-5.0；第二稳压器U60的型号为：AMS1117-3.3；升压转换器U61的型号为：APW7137B。