基于can总线技术的装载机仪表控制系统的制作方法

专利名称：基于can总线技术的装载机仪表控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种工程机械用品，特别是一种基于CAN总线 技术的装载机仪表(以下简称装载机仪表)控制系统。
技术背景随着现代工程机械的高速发展和科学技术水平的日新月异，工程 机械的电子化获得了迅速的发展。应急转向系统、动力臂减震系统、 电喷发动机、自动变速箱、CAN总线通讯系统等技术的大量使用及相 关监控项目的不断增加，工程机械的电子化控制、显示已为业界所瞩 目，装载机仪表控制系统是工程机械仪表电子化的一个工作平台，该 平台的研发将大大推进工程机械仪表的技术变革，它显示了工程机械 仪表新技术的发展趋势，对充分实现工程机械电子化及技术进步具有 重要的意义和作用。 实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够与整机实现 CAN总线通讯的低能耗、高可靠性的装载机仪表电子控制系统。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CAN总线技术的装载机仪表控制系统，包括电源电路、信号输入电 路、主控电路、报警指示灯驱动电路、控制信号输出电路，所述主控 电路采用微处理器和存储器作为控制单元；信号输入电路将采集到的 信号输入到微处理器后，经微处理器内的软件处理后驱动报警指示灯驱动电路、控制信号输出电路。所述装载机仪表控制系统的电源由蓄电池电源与钥匙电源提供， 蓄电池电源与钥匙电源组成"或"逻辑关系，关机时系统由蓄电池提 供电源，开机后由蓄电池和钥匙电源同时供电，增加系统供电的可靠 性。所述电源电路由反向保护电路一、反向保护电路二，浪涌吸收电路，滤波电路一、滤波电路二，低功耗5V直流稳压电源、带开关功能 的5V开关稳压电源、钥匙电源检测电路组成，输入电源经过反向保护 电路一、浪涌吸收电路后至滤波电路一进行滤波，其后分别通过5V直 流稳压电源，和5V开关稳压电源对系统进行供电，所述钥匙电源依次 经过反向保护电路二、滤波电路二，钥匙电源检测电路后提供微处理 器电源检测端作开机信号用。所述信号输入电路包括数字信号采样电路、模拟信号采样电路、 CAN接口电路以及开关信号采样电路；所述数字信号采样电路包括车速信号采样电路与自动变速箱信号 采样电路，车速信号和自动变速箱输出的RS232数据采样后经过软件 处理，由微处理器驱动LCD显示屏显示与输入相对应的车速值、变速 箱档位值和变速箱故障代码；所述模拟信号采样电路包括燃油油量信号采样电路和变距器油温 信号采样电路，信号采样后经过软件处理，由微处理器驱动步进电机 表头带动指针，在刻度盘上指示与输入相对应的燃油油量值和变距器 油温值；所述CAN接口电路与CAN总线进行通讯，并将接收到的CAN数 据转译成串行数据通过TXD/RXD 口与微处理器连接。CAN数据包括 发动机转速信号、发动机水温信号、发动机油耗信号、系统电压信号、 系统气压信号、环境温度信号、发动机故障代码，数据采集后经过软 件处理，由微处理器驱动步进电机表头带动指针，在刻度盘上指示与 输入相对应的发动机转速值和发动机水温值；由微处理器驱动LCD显 示屏显示与输入相对应的发动机油耗值、系统电压值、系统气压值、 环境温度值、发动机累计工作时间和发动机故障代码等内容，当显示 的故障代码中包含"发动机机油压力低"时同时开启对应的LED报警 灯；所述开关信号采样电路包括14路接地开关信号采样电路和7路接 电源信号采样电路，分别为润滑系统故障、转向系统故障、空气滤 清器堵塞、变速箱油压低、驱动桥油压低、液压油温高、液压油污染 度高、驻车制动、行车制动、大灯开、右转向灯开、左转向灯开、润 滑系统运行、应急转向系统运行、动力切断、充电状态、维修状态、 停机状态、启动状态、等待启动状态、警告等报警指示信号采样电路; 通过采样电路将输入信号由开关状态转换成OV或5V的高低电平信 号，采样到的信号通过输入并口扩展电路转换成串行编码后输入微处 理器，数据采集后经过软件处理由微处理器通过输出并口扩展电路和 报警指示灯驱动电路驱动与输入相对应的LED报警指示灯，并根据报 警等级决定是否开启故障指示和外部报警蜂鸣器。由所述报警指示灯驱动电路驱动的每路报警指示LED灯电路的工作电流为10-15mA。 LED灯作为报警指示与装载机中使用的传统的楔 形白炽灯泡相比较具有颜色鲜艳、发光亮度高、功耗低、发热小、寿 命长等优点。所述控制信号输出电路包括应急转向系统输出功率放大电路、动 力臂减震系统输出功率放大电路和外部蜂鸣器输出功率放大电路，每 路输出功率放大电路都由前级放大电路和功率放大电路组成，应急转 向系统输出功率放大电路最大电流为12A，动力臂减震系统输出功率 放大电路、外部蜂鸣器输出功率放大电路的最大电流为3A。包括仪表照明电路，所述仪表照明电路包括三路并联的白色LED 照明电路，每路LED工作电流10-15mA，主要对仪表的刻度盘、LCD 显示屏进行背光照明，对仪表指针进行导光照明。白色LED灯作为仪 表照明光源与装载机中使用的传统的楔形白炽灯泡相比较具有光线均 匀、白色纯度高、发光亮度高、功耗低、发热小、寿命长等优点。包括与微处理器相联接的其它外围电路，所述其它外围电路包括 步进电机表头、LCD显示屏、系统调试接口电路。用微处理器控制的步进电机作为带动指针的表头，由于采用了数 字信号PWM微步驱动以及指针轴与转子轴间120倍的大传动比减速 技术，与装载机中使用的传统的交叉线圈动磁式表头和双金属片电热 式表头相比较具有指示精度高、线形高、环境温度影响小等优点。用LCD显示屏显示一些平稳的系统状态和工作参数，具有功耗低、 显示精度高、占用空间小、易辩读等优点。系统调试接口电路为一只16针插头，主要由电源线、地线、串口数据线、时钟信号线、CAN数据线、调试模式选择线及仪表模拟信号 输入线等组成。与调试设备连接后，可对被调试系统作在线编程。本实用新型基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统的优点在 于1、系统将所有的来自控制器和传感器的模拟信号经数字化采样后 由微处理器集中控制，按被测参数与车况信息种类的不同分别以LCD 数字显示、由步进电机驱动的指针指示以及声光报警指示的形式输出。 全数字技术驱动的指示系统具有工作精度高，功能及通用性强，可靠 性高，系统成本低等优点。发动机转速、发动机水温、变距器油温、 燃油油量等主要参数采用带色块形式的刻度的指针指示以及一些重要 的报警指示信号采用声光报警指示能使判读简单明了，更符合传统习 惯；车速、系统电压、系统气压、环境温度、发动机油耗、发动机累 计工作时间、自动变速箱档位值、故障代码等内容采用LCD数字显示， 使显示内容快速、精确，并有利于显示内容的扩展。2、充分发挥了微 处理器引入控制系统的优越性，将报警系统智能化，实现了系统开机 后自检功能，并能记录并显示整机故障代码有利于维护及维修。系统 能自动将接收到的信号按危险等级分级显示。3、控制系统的照明、指 示报警灯全部采用LED。 LED具有功耗小、寿命长的优点，因而大大 减少了仪表自身的发热量，提高了系统的可靠性。4、仪表控制系统能 通过CAN总线与其它控制系统进行通讯，并能向整机输出动力臂减震 系统开启、应急转向系统开启、外部蜂鸣器开启等控制信号，满足了 装载机电子化的要求。5、调试时仪表各指针的运行速度可以在线设置、 参数单点可调。指针工作时由软件实现电子阻尼，特别是燃油油量表当行车时会自动将指针阻尼增加到静止状态时的4倍，用来克服油箱 液面晃动造成的指示波动、提高了其工作平稳性。6、系统采用双电源 供电(蓄电池电源及钥匙开关电源)，当钥匙开关关闭发动机停止工作 时，系统处于待机状态，总工作电流〈5mA。


以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。图1为本实用新型基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统的硬件组成原理框图；图2为本实用新型基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统的电 路图。由于页面关系，图2分解成图2-l、图2-2、图2-3、图2-4、图2-5 五个部分。
具体实施方式
本实用新型基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统是为装载机 仪表开发的一个通用平台，主要由硬件电路和Car20C2a控制软件组成。请同时参阅图1以及图2，硬件电路主要由电源电路10、信号输 入电路20、端口扩展电路、主控电路40、报警指示灯驱动电路50、控 制信号输出电路60、仪表照明电路70、以及其它外围电路构成。一、电源电路IO系统电源由蓄电池正极和钥匙电源正极提供，蓄电池电源与钥匙 电源组成"或"逻辑关系，关机时系统由蓄电池提供电源，开机后由 蓄电池和钥匙电源同时供电。电源电路10由反向保护电路102、 112，浪涌吸收电路104，滤波电路106、 114，低功耗5V直流稳压电源108、 带开关功能的5V开关稳压电源110、钥匙电源检测电路116等部分组 成。输入电源经过反向保护电路102、浪涌吸收电路104后至滤波电路 106进行滤波，其后分别通过5V直流稳压电源108，和5V开关稳压 电源IIO对系统进行供电。钥匙电源依次经过反向保护电路112、滤波 电路114，钥匙电源检测电路116后提供微处理器电源检测端作开机信 号用。其中反向保护电路102、 112由整流二极管组成，蓄电池以及钥匙 电源的输入端分别串联有整流二极管，起反向保护作用。浪涌吸收电 路104采用TVS管，对39V以上浪涌电压抑制，吸收电源上的浪涌及 高频脉冲干扰。滤波电路106由一组接地的电容器构成。低功耗5V直 流稳压电源108由蓄电池及钥匙电源同时提供，关闭钥匙电源后由蓄 电池长期供电，为主控电路40待机状态下提供电源，该5V直流稳压 电源108主要由TLE4275G芯片及外围元件构成，其采用现有一般电 路，由于TLE4275G是低功耗电源，可以降低系统待机功耗。5V开关 稳压电源110受微处理器的控制，待机状态时输出关闭，用于除主控 电路40外的外围电路的电源供电。该5V开关稳压电源110主要由 LM2575-5芯片及外围元件构成，其采用现有一般电路，电源的开关状 态由微处理器控制。钥匙电源经反向保护电路112和滤波电路114后至钥匙电源检测 电路116。钥匙电源检测电路116将钥匙开关输出的24V电源稳压到 4.7V,提供给微处理器检测端口，让微处理器中的软件判断系统当前是处于开机或者待机状态。二、信号输入电路20信号输入电路20包括数字信号采样电路22、模拟信号采样电路 24、 CAN接口电路26以及开关信号采样电路28。数字信号采样电路 22包括车速信号采样电路222与自动变速箱信号采样电路224，车速 信号采样电路222采集发送自车速传感器的方波频率、自动变速箱信 号采样电路224采集发送自自动变速箱控制器的RS232数据；模拟信 号采样电路24包括燃油油量信号采样电路242与变距器油温信号采样 电路244，油量信号采样电路242采集发送自油量传感器的0 5V的 标准电压信号、油温信号采样电路244采集温度传感器的电阻模拟信 号；CAN接口电路26与CAN总线进行通讯，电路结构符合《ISO 11898》 (CAN2.0b)规范；开关信号采样电路28包括14路接地开关信号采样 电路和7路接电源信号采样电路。上述信号采样电路20都采用现有的 通用采样电路。车速信号为方波脉冲信号、自动变速箱RS232数据为串行编码的 方波脉冲，幅度为0 24V，车速信号采样电路222和自动变速箱信号 采样电路224通过电阻分压网络将输入信号转换为0 5V的方波脉冲， 再经7i形RC网络滤波后由微处理器的脉冲输入端口釆样输入。车速信 号发送自安装于变速箱上的车速传感器，输出信号是频率连续变化方 波脉冲，经过微处理器内的软件处理后输出对应车速表指示位置的表 头电机驱动信号。自动变速箱信号发送自自动变速箱控制器，输出信 号是符合整机通讯协议的RS232数据，经过微处理器内的软件处理后输出对应的档位值和变速箱故障代码到LCD显示屏显示。燃油油量信号为0 5V的电压信号，发送自安装于油箱内的油量 传感器，燃油油量信号采样电路242将油量信号通过电阻分压网络衰 减后，再经7c形RC网络滤波后由微处理器的A/D输入端口采样输入。 变距器油温信号为17.2 372.3Q的电阻信号，采样自安装于液力变距 器上的热敏电阻传感器，变距器油温信号采样电路244将负载通过 100Q电阻上拉到5V电源，为信号提供工作电流，上拉电阻与负载分 压后得到信号电压，通过电阻分压网络衰减后，再经RC网络滤波后由 微处理器的A/D输入端口采样输入。燃油油量信号和变距器油温信号 经采样后，经过微处理器内的软件处理后输出燃油油量表和变距器油 温表对应指示位置的表头电机驱动信号。CAN接口电路26由TJA1050芯片及外围元件构成，实现与CAN 总线的通讯，电路结构符合《IS011898》规范。CAN接口电路26负 责将来自CAN总线的数据转译成串行数据通过TXD/RXD 口与微处理 器连接，CAN数据包括发动机转速信号、发动机水温信号、发动机油 耗信号、系统电压信号、系统气压信号、环境温度信号、发动机故障 代码等。数据经微处理器内的软件处理后输出转速表以及水温表对应 指示位置的表头电机驱动信号；同时微处理器驱动LCD显示屏显示发 动机油耗、系统电压、系统气压、环境温度、发动机累计工作时间、 发动机故障代码等内容，当显示的故障代码中包含"发动机机油压力 低"时同时开启对应的LED报警灯。本系统的CAN总线通讯协议符合 《SAEJ1939—应用层》的规范。开关信号信号采样电路28的工作原理如下驻车制动信号采样电路2802、行车制动信号采样电路2804、润滑 系统故障信号采样电路2806、空气滤清器堵塞信号采样电路2808、转 向系统故障信号采样电路2810、警告信号采样电路2812、变速箱油压 低信号采样电路2814、等待启动状态信号采样电路2816、液压油污染 度高信号采样电路2818、充电状态信号采样电路2820、维修状态信号 采样电路2822、驱动桥油压低信号采样电路2824、停机状态信号采样 电路2826、液压油温高信号采样电路信号采样电路2828为接地开关信 号采样电路，信号线通过开关接地，信号分接地和悬空两种状态(接 地时有效)。电路输入端通过电阻上拉到5V电源(VCC1),将输入信 号由开关状态转换成OV或5V的高低电平信号，经RC网络滤波后输 入到输入并口输入扩展电路32。大灯开信号采样电路2830、右转向灯开信号采样电路2832、左转 向灯开信号采样电路2834、润滑系统运行信号采样电路2836、动力切 断信号采样电路2838、启动状态信号采样电路2840、应急转向系统运 行信号采样电路2842为接电源开关信号采样电路，信号线通过开关接 24V直流电源，信号分24V电压和悬空两种状态(接电源时有效)。电 路输入端通过电阻分压网络将输入信号转换成OV或5V的高低电平信 号，经RC网络滤波后输入到输入并口扩展电路32。采样到的开关信号通过输入并口扩展电路转换成串行编码后输入 微处理器，经软件处理后通过输出并口扩展电路输出各LED报警指示 灯对应的驱动信号到LED驱动电路，并根据报警等级决定是否开启故障指示和外部报警蜂鸣器(报警等级调试是可在线设置)。三、 端口扩展电路端口扩展电路包括输入并口扩展电路32以及输出并口扩展电路 34。系统为降低整体成本，微处理器集成了LCD显示屏和四路步进电 机表头PWM驱动功能，因此占用了微处理器芯片上大量的1/0 口。不 足的1/0 口数量由微处理器的串口通过移位寄存器进行并口扩展。其中 输入并口扩展电路32采用CD4021作为扩展IC，单片CD4021具有8 位并行输入能力，现通过三片级联，实现最多24通道输入扩展。输出 并口扩展电路34采用CD4094作为扩展IC，单片CD4094具有8位并 口输出能力，现通过三片级联，实现最多24通道输出扩展。上述端口 扩展电路都采用现有的通用数字电路。四、 主控电路40系统采用RENESAS (瑞萨)公司的H8S/2282单片机作为微处理 器。该芯片是一款采用可加密总线的H8S/300H内核的机动车辆仪表专 用控制芯片，它基于一个支持实时仿真和跟踪的16位CPU，主晶振频 率为16.78MHZ,并带有128k字节的嵌入式高速Flash存储器。芯片 内部带有1个互连的FullCAN-style接口，同时，还具有8路10位A/D 转换器、支持4路步进电机PWM驱动、最多80段LCD驱动等功能。微处理器由TLE4275G构成的5V直流稳压电源108供电。主要负 责监视钥匙电源，控制外围电路的开机/待机状态；收集CAN总线、 RS232串口线数据以及机载控制器、传感器、报警开关等的输入信号， 处理后输出仪表指针步进电机运行参数、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 器功能主要在软件的控制下实现。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44内。存储器44是由93C66 芯片组成，具有4kbit存储容量。五、报警指示灯驱动电路50报警指示灯驱动电路50驱动的每路报警指示LED灯电路54的工 作电流为10-15mA。报警指示灯驱动电路50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。报警指示LED灯电路54包括:主故障报警指示灯由两只红色LED 与限流电阻串联组成，由微处理器的I/O直接驱动，工作时以lHz频 率闪烁。润滑系统故障、转向系统故障、空气滤清器堵塞、发动机机 油压力低、变速箱油压低、驱动桥油压低、液压油温高、液压油污染 度高、驻车制动、行车制动、充电状态、停机状态报警指示灯各由1 只红色LED与限流电阻串联组成，工作时点亮；应急转向系统运行、 动力切断、启动状态、警告报警指示灯各由1只黄色LED与限流电阻 串联组成，工作时点亮；右转向灯开、左转向灯开、润滑系统运行报 警指示灯各由1只绿色LED与限流电阻串联组成，工作时点亮；大灯 开、维修状态报警指示灯各由1只蓝色LED与限流电阻串联组成，工 作时点亮；等待启动状态由1只白色LED与限流电阻串联组成，工作时点亮。报警指示灯驱动电路50由带开关功能的5V开关稳压电源110 供电，每路LED工作电流10-15mA。六、 控制信号输出电路60控制信号输出电路包括应急转向系统输出功率放大电路62、动力 臂减震系统输出功率放大电路64和外部蜂鸣器输出功率放大电路66。每路输出功率放大电路各由一只晶体三极管、 一只场效应管和若 干外围电阻构成。由三极管组成前级放大电路，将微处理器输出的5V 控制信号倒相并放大到24V，再由场效应管组成功率放大电路将输出 电流放大。电路62最大电流为12A，电路64、 66最大电流为3A。七、 仪表照明电路70仪表照明电路70包括三路并联的LED照明电路。每路由若干只 (如图)白色LED与限流电阻串联组成，工作时点亮。仪表照明电路 由仪表照明电源供电，每路LED工作电流10-15mA。八、 其它外围电路其它外围电路包括步进电机表头82、 LCD显示屏84、系统调试 接口电路86。步进电机表头82系统采用步进电机表头82驱动指针指示发动机转速、发动机水温、 变距器油温、燃油油量等参数。电机由微处理器片内集成的PWM步进电机驱动器驱动，集成的 步进电机驱动器共有4路独立输出通道。步进电机表头82将脉冲驱动 信号转换成输出轴的偏转角度带动固定于轴上的指针运行。步进电机驱动器由带开关功能的5V开关稳压电源110供电，受微处理器的待机 控制信号控制，待机时驱动器和步进电机表头不工作。 LCD显示屏84系统采用LCD显示屏84显示自动变速箱档位、变速箱故障代码、 车速、系统电压、发动机油耗、系统气压、环境温度、发动机故障代 码等内容。LCD显示屏84采用TN结构动态显示技术，显示内容由段码和表 示显示定义与单位的固定字符组成，具有LED背光照明功能。通过系 统外接的转换开关LCD显示屏84可在车速、系统电压、发动机油耗、 系统气压等内容间切换显示，开机时通过转换开关可将显示内容的单 位在公制与英制间切换设置，故障代码出现时显示内容将自动切换至 故障代码的显示。LCD显示屏84由微处理器片内集成的LCD驱动器 驱动，LCD驱动器由低功耗5V直流稳压电源108供电，待机时LCD 显示屏84可通过软件设置为显示或关闭。系统调试接口电路86调试接口为一只16针插头，主要由电源线、地线、串口数据线、 时钟信号线、CAN数据线、调试模式选择线及仪表模拟信号输入线等 组成。与调试设备连接后，可对被调试系统作在线编程。详细功能描述该装载机仪表控制系统的详细功能及设置方法描述如下 1 .供电电源及系统对钥匙开关信号的响应系统供电主要由蓄电池电源提供，开机状态下当系统蓄电池电源线连接故障时供电改由钥匙电源提供。a. 当蓄电池电源接通后，系统处于对钥匙开关的监控状态。LCD显 示屏84根据设置情况不同，处于显示开启或关闭状态；5V开关 电源关闭，微处理器处于待机状态，其余外围电路关闭。b. 当微处理器检测到钥匙开关打开时，系统唤醒并进行开机自检-LCD显示屏84显示所有段码；除电喷系统外的所有LED报警指 示灯点亮；所有指针执行快速复位。约3秒钟后自检结束系统恢 复正常工作状态，LCD显示屏84显示上次关机前显示的状态， 指针在1秒钟内指示到仪表当前输入信号对应的刻度位置。c. 当检测到钥匙开关时，系统执行关机程序将LCD上显示的状 态保存(存于EEPROM存储器44内，下同)，如果系统当前显 示有故障代码，则将故障代码全部保存；同时将各表指针快速回 复到刻度起始位置，然后关闭步进电机和微处理器内步进电机驱 动器的电源(如关机后LCD显示屏84无继续显示的要求，将同 时关闭微处理器内的LCD驱动器)。d. 关电源的延迟时间可在调试时设置，设置范围4 15，步进量 为l;当设置为4时系统延迟3.2秒后关闭电源，之后每增加l 单位设置值对应延迟时间增加0.8秒。2.指针指示及报警指示灯部分 a.发动机转速表转速表为软件控制步进电机表头驱动指针显示。指示角度大于 300°。指示精度为(1/12) °/微步。指针正常运行时工作平稳、无明显噪声。指针270。全程响应时间约l秒，不可调。转速表指针运行方向设置时可调。 转速表最大支持14段(15个调试点)调节，每个调试点的有效DATA 值范围为0~127，步进量为l，每个DATA值对应指针偏转(1/6) °; 调试时可对每个调试点的偏差作微量修正(改变DATA值，下同)。转 速表每段的间隔值可在设置时选择，选择范围为0.5ktr (千转/分钟) 或1 ktr。转速表的输入信号为CAN数据，当输入的转速信号小于设置的启 动值时，转速表指针不动作。启动值设置范围为0~31，步进量为1， 当设置0~2时启动值为0.3 ktr，之后每增加1单位设置值启动值增加 O.lktr。转速表可通过硬件电路扩展支持两路报警输出，并支持设置为蜂鸣 声报警。报警输出通道设置时可选；报警形式为独立报警；报警回差 值可设置，设置范围为0 31，步进量为1，设置值为0时回差约为0.05 ktr，之后每增加1单位设置值对应回差值增加0.05 ktr。b.发动机水温表、变距器油温表、燃油油量表水温表、油温表、油量表为软件控制步进电机表头驱动指针显示。 指示角度大于100。。指示精度为(1/12) °/微步。指针正常运行时工作 平稳、无明显噪声。指针90。全程响应时间可设置大于(最小为3秒)。水温表、油温表、油量表指针运行方向设置时可调。水温表、油温表、油量表最大支持7段(8个调试点)调节，每个 调试点的有效DATA值范围为0 63，进步量为l，每个DATA值对应指针偏转0.39。；调试时可对每个调试点分别做FADJ记忆(为提高效 率调试设备另提供了 FADJ自动记忆功能，新表第一次调试时可使用该 功能，下同)，使仪表反馈值与调试设备输出值基本一致(以反馈值未 出现红字即可，下同)。水温表的输入信号为CAN数据，油温表、油量表可设置的输入传 感器电阻值范围为1~512Q。当传感器电阻值超过时可选择打开 量程扩展功能，选择范围为l倍、2倍、4倍。仪表模拟信号输入端口通过系统中微处理器内置ADC (模一数转 换器，下同)将采用至的电压值转换为软件可识别的数字量，微处理 器上的A/D输入端口采样电压范围为0~4.7V，最大A/D精度为1024 点。设置时可通过调整"A/D修正系数"来改变ADC的输入与输出间 的比例，使满量程时输出的转换值接近量大转换精度。当输入超过设 定范围后A/D转换的输出值将会溢出，软件判断为传感器信号断线； 系统未收到符合通讯协议要求的CAN数据时软件判断为CAN总线断 线。当出现信号断线后系统将对其进行连续识别，如在约16S内信号 未恢复正常指针将快速回到刻度的起始位置，之后如约4S内信号连续 正常，指针将快速恢复到正常指示位置。水温表、油温表、油量表指针运行方式可设置为阻尼模式或无阻尼 模式。当选择阻尼模式时，阻尼时间调试可设置，设置范围0 63， 步进量为l，每单位设置值对应指针运行90。所需时间约为3S。当系统 车速信号输入时油量表会进入到行车阻尼模式，这时指针阻尼时间为 正常工作模式时的4倍。水温表、油温表、油量表设置为阻尼模式时，默认情况下系统正常开机后约3S内指针会快速运行到输入信号对应的刻度位置，然后进入 到阻尼模式。如需要，可在调试设置时通过选择初始慢速运动选项， 使水温表、油温表、油量表指针在系统正常开机后直接进入到阻尼模 式，以正常速度运行到输入信号对应的刻度位置。系统调试时可选择正常模式或快速模式两种操作状态。正常模式时 指针运行状态与正常工作时相同；快速模式时屏蔽指针运行阻尼功能。 水温表、油温表、油量表可通过硬件电路扩展支持两路报警输出，报 警方向及报警输出通道设置时可选择。报警输出支持一些附加功能， 设置时可选择报警灯闪烁、蜂鸣器报警、蜂鸣器间断报警。报警回 差值可设置，设置范围为0 31。步进量为1，设置值为O时回差约为 0.2。。c.发动机工作计时表发动机工作计时表为软件控制LCD显示器显示。系统内部以秒计 时，显示单位为小时。当CAN数据中包含发动机转速信号时(代表发动机工作)计时表 计时，关闭时数据保存于存储器中。显示值不可清除，所有显示位计 数满后系统自动从零开始显示。3丄CD显示器及调节开关a. LCD显示器LCD显示器为段码式显示(包括数码和表示显示定义与单位的固 定字符)，显示内容分左右两部分。左边内容为变速箱显示区，右边为综合信息显示区。变速箱显示区由两位10段数码、数码左边的上下箭头与4条横杠 和上方的字符串"TRANS. FAULT CODE"组成。常规显示时按信号内 容不同数码区第一位和左边箭头显示变速箱状态前进档显示"F"和 向上箭头、倒档显示"R"和向下箭头、空档显示"N"和上下箭头均 不显示，数码区第二位左边横杠显示变速箱档位值l档显示"l"和 1条横杠、2档显示"2"和2条横杠、3 (档显示"3"和3条横杠、 档显示"4"和4条横杠，如前进2档显示"F2"和向上箭头2条横杠。 当信号中包含变速箱故障代码时，字符串"TRANS. FAULT CODE"被 显示，同时数码区内显示的档位内容被故障代码值替换(但箭头和横 杠的显示不变)，直到故障排除后系统重新开机。综合信息显示区由最多可显示"8888.8xl02 "的数码和数码上方表 示显示值功能定义或单位的字符串"SERV. CODE"、 "L/h"、 "°C"、 "kPa"、 "psi"、 "Volts"、 "km/h"、 "MPH"组成。常规显示时数码部 分显示车速、系统电压、发动机油耗、系统气压、环境温度、发动机 累计工作时间等参数值，数码上方显示显示参数对应的单位，被显示 内容可以通过操作系统外接的转换开关进行切换。待机时按转换开关 不放的同时打开钥匙开关电源后保持30秒，系统将完成显示参数在公 制/英制间的单位切换。公制时车速表显示范围为0.0km/h~80.0km/h英制时车速表显示范围为0.0MPH 50.0MPH系统电压表显示范围为0.0Volts-50.0Volts围为0.0xl02kPa~10.0xl02kPa英制系统气压表显示范围为0psi 145psi环境温度表显示范围为-50°C~80°C发动机油耗表显示范围为0.0 L/h 50.0 L/h发动机工作计时表显示范围为0.0h 9999.9h当信号中包含发动机故障代码时，字符串"SERV.CODE"被显示， 同时数码区内显示的参数值和起对应的单位被故障代码值替换，直到 故障排除后系统重新开机。5、系统调试设备本系统上述功能的设置及调试需在连接配套调试设备《CAR9998 汽车仪表调试系统》后完成。
权利要求1.一种基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统，包括电源电路(10)、信号输入电路(20)、主控电路(40)、报警指示灯驱动电路(50)、控制信号输出电路(60)，其特征在于所述主控电路(40)采用微处理器和存储器(44)作为控制单元；信号输入电路(20)将采集到的信号输入到微处理器后，经微处理器内的软件处理后驱动报警指示灯驱动电路(50)、控制信号输出电路(60)。
2. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于所述装载机仪表控制系统的电源由蓄电池电源与钥 匙电源提供，蓄电池电源与钥匙电源组成"或"逻辑关系，关机时系 统由蓄电池提供电源，开机后由蓄电池和钥匙电源同时供电。
3. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于所述电源电路(10)由反向保护电路(102、 112)， 浪涌吸收电路(104)，滤波电路(106、 114)，低功耗5V直流稳压电 源(108)、带开关功能的5V开关稳压电源(110)、钥匙电源检测电路(116)组成，输入电源经过反向保护电路(102)、浪涌吸收电路(104) 后至滤波电路(106)进行滤波，其后分别通过5V直流稳压电源(108)， 和5V开关稳压电源(110)对系统进行供电，所述钥匙电源依次经过 反向保护电路(112)、滤波电路(114)，钥匙电源检测电路(116)后 提供微处理器电源检测端作开机 >信号用。
4. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于所述信号输入电路(20)包括数字信号采样电路(22)、)、 CAN接口电路(26)以及开关信号采样电路 (28);所述数字信号采样电路(22)包括车速信号采样电路(222)与自 动变速箱信号采样电路(224)，车速信号和自动变速箱输出的RS232 数据采样后经过软件处理，由微处理器驱动LCD显示屏(84)显示与 输入相对应的车速值、变速箱档位值和变速箱故障代码；所述模拟信号采样电路(24)包括燃油油量信号采样电路(242) 和变距器油温信号采样电路(244)，信号采样后经过软件处理，由微 处理器驱动步进电机表头带动指针，在刻度盘上指示与输入相对应的 燃油油量值和变距器油温值；所述CAN接口电路(26)与CAN总线进行通讯，CAN数据包括 发动机转速信号、发动机水温信号、发动机油耗信号、系统电压信号、 系统气压信号、环境温度信号、发动机故障代码，数据采集后经过软 件处理，由微处理器驱动步进电机表头(82)带动指针，在刻度盘上 指示与输入相对应的发动机转速值和发动机水温值；由微处理器驱动 LCD显示屏(84)显示与输入相对应的发动机油耗值、系统电压值、 系统气压值、环境温度值和发动机故障代码；所述开关信号采样电路(28)包括"路接地开关信号采样电路和 7路接电源信号采样电路，通过采样电路将输入信号由开关状态转换成 0V或5V的高低电平信号，采样到的信号通过输入并口扩展电路(32) 转换成串行编码后输入微处理器，数据采集后经过软件处理由微处理 器通过输出并口扩展电路(34)和报警指示灯驱动电路(50)驱动与输入相对应的LED报警指示灯(54)，并根据报警等级决定是否开启 故障指示和外部报警蜂鸣器。
5. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于由所述报警指示灯驱动电路(50)驱动的每路报警 指示LED灯电路(54)的工作电流为10-15mA。
6. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于所述控制信号输出电路(60)包括应急转向系统输 出功率放大电路(62)、动力臂减震系统输出功率放大电路(64)和 外部蜂鸣器输出功率放大电路(66)，每路输出功率放大电路都由前 级放大电路和功率放大电路组成，电路(62)最大电流为12A，电路(64、 66)最大电流为3A。
7. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于包括仪表照明电路(70)，所述仪表照明电路(70) 包括三路并联的白色LED照明电路，每路LED工作电流10-15mA。
8. 按照权利要求1所述的基于CAN总线技术的装载机仪表控制系 统，其特征在于包括与微处理器相联接的其它外围电路，所述其它 外围电路包括步进电机表头(82) 、 LCD显示屏(84)、系统调试接口 电路(86)。
专利摘要一种基于CAN总线技术的装载机仪表控制系统，包括电源电路、信号输入电路、主控电路、报警指示灯驱动电路、控制信号输出电路、仪表照明电路及其它外围电路，所述主控电路采用微处理器和存储器作为控制单元；信号输入电路将采集到的信号输入到微处理器后，经微处理器内的软件处理后驱动报警指示灯驱动电路、通过控制信号输出放大电路输出对其它系统的控制信号。本实用新型的优点在于采用统一的步进电机结构形式，由微处理器集中控制，工作精度高，功能性强，可靠性高，系统成本低；实现了与整机的CAN总线通讯和与自动变速箱的RS232串口通讯；报警系统智能化；采用LED照明，照明光线达到理想化要求，且功耗小；系统采用双电源供电。
文档编号H05B33/08GK201170852SQ20082008374
公开日2008年12月24日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者洪 叶, 朱明星, 群 沈, 王海红, 陈荣明 申请人:绍兴天科电子有限公司