导言
电动轿车作为新式的交通工具，具有节能、污染小的特色，是现在最环保的新式交通工具，并被视为调整交通动力运用结构和改善城市大气环境质量的有用途径之一，是处理燃油车辆所带来的动力和环境问题的最有期望的计划之一。在世界规划内电动轿车的研讨正在如火如荼进行；在国内，政府更是把电动轿车的列为要点攻关的技能研讨。因而电动轿车智能显现体系的研制就在这种大布景下应运而生。
电动轿车智能显现体系触摸屏作为一种新颖的交互式设备越来越展现出巨大的运用远景，电动轿车的智能显现屏应该具有杰出的实时性和安稳性，以契合轿车级产品的要求。
1．整体计划规划
该外表显现电动轿车特有的信息，首要包含电机，电机操控器，电池办理（BMS）和充电机等各个模块的信息和实时状况。用户能够经过外表模块获取例如电机的转速、电机母线电压、电机母线电流、电机相电流、电机温度和电机转速等信息。电池办理体系（BMS）选用电池容量优化的预算办法，此办法能够对电池的剩下容量做出比较精确的预算，一同还能够对电池组的总电压进行监控，也能够对单节电池的电压、温度和电池容量等信息进行监控和实时报警。一同充电机的状况和信息也都能够在BMS中显现。
外表显现和各功用模块之间的信息传递都是选用CAN总线的通讯方法，用户能够经过触摸屏便利快捷地完结与电动轿车各模块之间的信息同享和双向交流。其首要功用如下：
①车辆的速度、路程、温度、电池核电状况（SOC）等信息实时显现：
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车辆行进速度显现。
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电机转速实时显现。
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车辆行进总路程表（掉电保存），最大路程数：999,999Km。
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单次行进路程计，最大记数路程999.9Km
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档位指示，显现车辆当时的档位。
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操控器温度指示
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电池剩下容量（SOC）实时显现。
②电机操控器的信息和状况实时显现，参数设定：
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电机转速显现
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温度显现
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档位显现
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母线电压，母线电流
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过流报警
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油门，刹车开关指示
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油门，刹车给定
③电池办理的信息和状况实时显现，参数设定：
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实时核电状况显现
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实时电池组总电压显现
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单节电池电压实时显现，欠压、过压报警。
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单节电池温度实时显现，过温报警。
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单节电池容量实时显现，过放、过充报警。
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电池充放电循环次数显现。
④充电机状况显现：
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外接充电指示
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充电机输出电压、电流显现。
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充电机通讯状况指示
⑤车辆毛病的实时和前史记载：
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车辆实时毛病记载显现，最多能够记载163条信息。
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车辆前史毛病记载显现，最多能够记载163条信息。
⑥参数设置
能够设置日历、时钟、言语、速比、轮径、电机最大转速。
能够设置充电机最高输出电压和最大输出电流。
能够设置操控器参数
能够设置办理的电池品种，数量，电池的ID号，能够设置电池SOC预算充放电数组数据和基准电压
⑦采样外部信号
能够采样8路外部模仿信号。
2．电路硬件原理
电动轿车智能显现外表体系硬件框图如图1所示，其首要分为电源部分、通讯部分、数据存储部分、实时时钟部分等。
图1 电动轿车智能显现外表体系硬件框图
2.1 电源电路规划
本规划中电源由电动轿车车载电池供给，给液晶屏、CAN阻隔芯片、处理芯片PIC32MX、时钟芯片PCF8563、转化芯片MCP2515、存储芯片AT24C256供电。
图2 电源电路规划
车载电池电压为48V，经过一个DC/DC电源模块，输出电压为12V。液晶屏由TPS65150供电，其答应输入电压规划为1.8V—6V；CAN供电电压为5V，所以选用一个LM1117I-5将12V转化为5V，给CAN与液晶屏供电芯片TPS65150供电。选用LM1117I-3.3将12V转化为3.3V，给处理芯片PIC32MX、时钟芯片PCF8563、转化芯片MCP2515、存储芯片AT24C256供电。本体系装备了电池，能避免掉电状况下，日历时钟数据丢掉。时钟芯片PCF8563在体系正常的作业状况下由LM1117I-3.3供电，在体系掉电的作业状况下由电池供电。
2.2 A/D采样通道
PIC32MX A/D转化模块包含16个A/D转化通道，模仿输入经过两个多路开关（MUX）衔接到一个SHA。可在CPU 休眠和闲暇形式下作业。本体系数据采样电路将8路外部模仿信号ANx_input,经过滤波分压，输入到PIC32MX的A/D转化模块采样通道ANx（x=0-9，12-15）。如图3所示
图3 A/D采样输入电路规划
2.3 数据存储
本体系运用存储芯片AT24C256存储电池状况前史数据及车辆运转毛病前史数据。AT24C256是ATMEL公司推出的256kB串行电可擦可编程只读存储器，结构紧凑，8引脚双排直插式封装；存储容量大，内部有512页，每一页为64字节，任一单元的地址为15位。能够满意本体系高容量数据贮存的要求。
图4 数据存储及传输电路规划
图4为数据存储及传输硬件接口电路图。AT24C256存储芯片AT24C256经过I2C数据线SDA、时钟线SCL与PIC32MX相衔接。可供给256K存储空间。在体系作业时，可记载电池状况前史数据及车辆运转毛病前史数据。
2.4通讯规划
本规划包含两种通讯方法，CAN通讯方法与RS485通讯方法，两种通讯方法为液晶屏的通讯兼容供给了或许。
2.4.1 CAN通讯规划
本液晶屏规划选用的主控芯片PIC32MX440F128L不带有CAN功用，因而本规划中的CAN通讯选用MCP2515+ PCA82C250T且外加一个磁偶阻隔芯片来完结CAN通讯功用，通讯波特率125Kbps，选用11位规范标志符，CAN通讯网络可衔接节点最多112个，可满意对110节单体电池的监控。CAN通讯原理框图如图5所示：
图5 CAN通讯原理框图
从电池和电机操控器宣布的信息经过CAN总线送到CAN收发器，再经过转化和阻隔送入CAN操控器芯片,CAN信息经过CAN操控器处理信息数据最终以SPI通讯方法传送给主控芯片PIC32MX440F128L进行数据处理。电路原理如图6所示：
图6 CAN通行原理图
其间MCP2515是一款CAN协议操控器，彻底支撑CAN V2.0B技能规范，通讯速率为1Mb/s。该器材首要由三个部分组成：① CAN模块，包含CAN协议引擎，检验滤波寄存器，发送和承受缓冲寄存器。②用于装备该器材及其运转的操控逻辑和寄存器。③SPI协议模块。MCP2515能发送和接纳规范和扩展数据帧和长途帧。PCA82C250T是CAN收发器，支撑“ISO 11898”规范，通讯速率可达1Mb/s，具有很强的抗电磁搅扰和抗无线搅扰的才干，是双通道数字阻隔器，选用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技能，作业电压为2.7V到5V，契合车用等级，作业温度可到达125°C。传输速率可到达25Mb/s。
2.4.2 RS485通讯
液晶屏上装备有RS485通讯接口，以便利液晶屏与外部进行通讯。RS485是一种共模通讯方法，具有较强的抗搅扰才干。PIC32MX440F128L自带RS485通讯接口，其输出信号送给MAX2M3425芯片，该芯片能发送、接纳RS485信号，能进行半工和全双工的传输方法，具有最大1M/S的传输方法，RS485通讯电路原理图如图7所示：
图7 RS485通讯接口电路原理图
2.5 液晶屏实时时钟显现规划
本液晶屏规划时钟显现数据经过PCF8563实时时钟/日历芯片来发生。PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片，它供给一个可编程的实时时钟输出，一个中止输出和掉电检测器。一切的地址和数据经过I2C总线接口串行传递，最大总线速度可到达400Kbit/S。PCF8563有16个8位寄存器，一个内置32.768KHZ的振荡器，一个分频器，一个可编程的时钟输出，一个守时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHZ的I2C总线接口。电路原理图如图8所示：
图8 日历时钟电路原理图
图8中PCF8563芯片的5、6引脚为I2C总线用的两个引脚，两个引脚有必要用一个上拉电阻与正电源衔接，这两个引脚与PIC32MX440F128L的I2C引脚相连完结PIC32MX440F128L与日历时钟芯片间传递数据。液晶屏作业时，PIC32MX440F128L主控芯片先经过I2C对PCF8563芯片进行初始化，设定好当时显现的年月日以及时刻信息，设定完结承认后，单片机将数据传送给图形处理器芯片，最终在液晶屏上显现。假如在运用过程中想调整显现的时刻，可直接在液晶屏上经过按钮修正。PIC32MX440F128L主控芯片会不断地查询液晶屏按钮动态信息，并发送相应的指令信息到PCF8563芯片修正时刻。
2.6 PIC32MX与SSD1926的接口电路
SSD1926是一款中小规划的显现操控芯片。选用128引脚LQFP封装，256 KB静态存储空间和2D图画引擎，能够支撑单色和五颜六色LCD；32位内部数据通道，能够供给高带宽的显现内存，以完结快速的屏幕改写；选用单电源供电和单时钟输入，具有很短的CPU拜访推迟时刻，能够支撑无READY／WAIT信号的微处理器。这些特色能够极大地简化外围电路的规划。一同，SSD1926还具有强壮的总线兼容性，可与多品种型的MCU衔接，除了支撑SRAM接口与ARM系列衔接、ISA接口与NEC系列衔接外，还支撑8／16位8080时序直接寻址方法，能够便利地与各种具有并口的MCU衔接。本规划选用PIC32MX460F512L的8位／16位并行操控接口模块与SSD1926接口。硬件接口框图如图9所示：
图9 PIC32MX440F128与SSD1926接口框图
CS为片选信号，RS为地址与数据挑选信号，RESET为复位信号，都能够由通用I／O口进行操控，别离用RD10、RC2和RC1与其衔接。数据总线DB[15：0]与并行操控接口模块中的PMD[15：0]引脚别离对接。WR和RD为读写信号，由并行操控接口模块中的PMWR和PMRD引脚别离操控。SSD1926对接纳到的数据进行处理之后，再经过与LCD的接口驱动TFT五颜六色液晶屏进行显现。
2.7 触摸功用的硬件规划
电阻式触摸屏处于与外界彻底阻隔的作业环境，不怕尘埃和水汽，能够用任何物体来触摸，能够写字画图，广泛运用于工业操控领域中。触摸屏作业时，上下导体层能够看作电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该电阻网络上构成电压梯度。若施加外力使得上下两层电极在某一点相触摸，则在电极未施加电压的另一层能够检测出触摸点的电压，然后换算出触摸点的坐标值。本著作选用4线电阻式触摸屏，其电阻网络作业原理如图10所示。
图10 电阻网络作业原理图
体系作业时，首要把AN11／RB11、AN4／RB4复用引脚设置为I／O引脚。RB11输出高电平(+3．3 V)，RB4引脚输出低电平(0 V)，在顶层的电极X+、X-上即发生了3．3 V的电压。当有外力使得上下两层在某一点触摸时，在底层Y+、Y-引脚上就会输出触摸点处的电压。此刻，AN10／RB10、AN5／RB5设置为A／D输入通道。采样此引脚上的电压信号，即可得到Y+、Y-引脚上的电压值，依据式(1)能够计算出X坐标：
触点X坐标=X轴分辨率×X相电压采样值／1 024 (1)
本规划为10位的精度A／D采样，3．3 V输入时对应的采样值即为1 024。然后，改动4个引脚的输出界说，将A／D输入引脚RB10设置为I／O引脚输出高电平，RB5设置为I／O引脚输出低电平，将3．3 V电压切换到底层电极Y+、Y-上，设置AN11和AN4为A／D输入引脚。对X+、X-引脚进行A／D采样，丈量得到触摸点处的Y相电压，依据式(2)能够计算出Y坐标：
触点Y坐标=y轴分辨率×y相电压采样值／1 024 (2)
2.8 电气衔接
液晶屏共有6个接线引脚，如图11所示。1，2脚是给外表供电用DC48V输入，接到电池组正极和负极。3，4脚是CAN+5V和CAN GND，这一组+5V电源由外表电路发生，给CAN总线供电。5，6脚是CAN_H和CAN_L，与其它模块的CAN通讯线衔接。电池检测模块如图12所示。
图11 CAN通讯电气衔接图
图12 电池监测模块
2.9 LED背光操控接口
本规划供给了对LED背光电路的调理操控接口，其硬件接口电路如图13所示。能够经过芯片PIC32MX输出3路PWM（OCS2-OCS4）对LCD的背光电路进行操控，能够进行明暗调理。在某些作业状况，可关掉背光电源，下降电源损耗。
PIC32440F128L
图13 LED背光操控硬件接口电路
3．软件规划
本规划中的软件首要包含两方面的内容：图形显现和数据通讯。软件部分包含设备驱动程序层、图形元素层、图形目标层和运用层，设备驱动程序层为硬件供给必要的驱动程序，图形元素层直接与设备驱动程序对话，图形目标层供给控件驱动函数库，运用层经过控件制作界面、开发运用程序。设备驱动程序层、图形原语层和图形目标层都归于体系层。
3.1图形显现原理
因为液晶屏在运转时需求显现电机操控器，电机，电池模块，以及充电机等的信息，这些信息量比较多，在一个界面里不能够彻底显现。所以在本液晶屏中别离创立了电机操控器等显现页面用于检测电机操控器及电机的相关信息，电池监测页面用于监测电池的实时状况，充电机页面和主界面以及一些利于人机交互的页面，这些页面的创立使电动轿车用户能便利快捷的取得电动轿车的信息。页面创立的软件框图如图14所示：
图14 页面创立软件框图
轿车各部分实时信息经过CAN总线送入PIC32MX440F128L芯片，并经过图形处理芯片SSD1926芯片在液晶屏上生成图画，显现在液晶屏上。一同，经过液晶屏也能够对各个模块的参数进行设置，具有杰出的人机界面。
图形显现是本规划的要点。本规划悉数是用C言语来开发的，体系层运用微芯（Microchip）公司图形目标层（Graphics Object Layer，GOL）图形驱动库来完结。Microchip 的图形库针对规划广大的显现设备操控器，可与PIC 单片机合作运用；图形库供给运用编程接口（API），完结根本图形目标以及相似控件目标的制作。 图形库也使得经过音讯接口集成输入设备变得简单。图形库的分层结构规划使得一切这一切成为或许。Microchip 图形库的层次结构如图15所示。
图15 Microchip 图形库的层次结构图
运用层是运用图形库的程序。图形目标层（Graphics Object Layer， GOL）生成控件，例如按钮、滑动条和窗口等等。控件（widget）指GOL 目标或其他目标。 为了操控这些目标，GOL 层具有一个音讯接口，接纳从运用层来的音讯。音讯接口支撑触摸屏。图形元素层完结根本绘图功用。这些根本功用完结图形目标的制作，例如线、条和圆等。 液晶屏驱动程序是图形库结构的设备相关层。这一层直接与显现设备操控器对话。很多的API 答应运用程序拜访图形库的任何一层。绘图和音讯处理在内部进行，对运用程序坚持通明。图形库供给了两种装备（堵塞式和非堵塞式），在编译时进行设置。关于堵塞式装备，绘图函数将推迟程序的履行，直到绘图完结。关于非堵塞式装备，绘图函数不等候绘图完结，就把操控权释放给程序。因为程序能履行其他使命，而不用等候绘图使命完结制作，然后使得单片机时刻的运用更为高效。
目标状况
GOL 目标有两品种型的状况：特点状况和绘图状况 。特点状况界说目标的行为和外观。而绘图状况指出在显现时目标是否需求被躲藏、部分重画或彻底重画，一些常用的特点状况和绘图状况如表1 所示。
表1 常用的目标状况
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状况 |
类型 |
阐明 |
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OBJ_FOCUSED |
特点 |
目标处在聚集状况。一般用于标明目标被选中。有的目标没有此特点。 |
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OBJ_DISABLED |
特点 |
目标被制止，疏忽悉数的音讯。 |
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OBJ_DRAW_FOCUS |
绘图 |
聚集应被重画的目标。 |
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OBJ_DRAW |
绘图 |
目标应被彻底重画。 |
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OBJ_HIDE |
绘图 |
运用一同的布景色填充目标所占有的区域，把目标躲藏起来。这种状况在一切绘图状况中，优先级最高。当目标被设置成躲藏时，一切其他绘图状况将不再发生作用。 |
款式计划：
一切目标都运用款式计划来界说所运用的字体和色彩。在创立目标时，目标能够运用用户界说的款式计划。假如不存在用户界说的计划，就将运用缺省的款式计划。表2 归纳了款式计划的组成部分。
表2 款式计划的组成
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款式的组成部分 |
阐明 |
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EmbossDkColor |
暗浮雕色彩，用于目标的三维作用。 |
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EmbossLtColor |
亮浮雕色彩，用于目标的三维作用。 |
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TextColor0 TextColor1 |
目标运用的一般文本色彩。跟着目标的不同，在用法上或许有所改动。 |
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TextColorDisabled |
现已被制止的目标所运用的文本色彩。 |
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Color0 Color1 |
目标制作时运用的一般色彩。跟着目标的不同，在用法上或许有所改动。 |
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ColorDisabled |
现已被制止的目标制作时运用的色彩。 |
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CommonBkColor |
目标的一同布景色。一般用于从屏幕中躲藏目标。 |
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pFont |
指向目标所运用的字体的指针。有些目标不运用文本。 |
活动目标链表：
图形库把当时正在显现和接纳音讯的目标放入一个链表中。任何时分，GOL 音讯和绘图函数针对的都是这张链表中的目标。
绘图
为了制作目标，运用程序将调用绘图办理器，GOLDraw()。这个函数将解析活动链表，运用设置的绘图状况重画目标。当制作完结后，目标的绘图状况主动铲除。最早创立的目标将首要绘出。当时链表中的目标悉数绘出后，GOLDraw() 调用GOLDrawCallback()函数。定制的绘图能够在GOLDrawCallback() 函数中完结。
音讯的接纳和发送：
可移植性是图形库的要害特性。图形库支撑很多的输入设备。 图形库供给一个接口，用来接纳来自输入设备的音讯。一切的输入设备事情，都将选用GOL 音讯结构体的方法发送到库里去。结构体界说如下：
typedef struct {
BYTE type;
BYTE event;
int param1;
int param2;
} GOL_MSG;
字段 type 界说输入设备的类型ID。字段 event 标明行为的类型。字段type 和event 一同决议怎么解说 param1 和param2。某些状况下，仅运用param1，而另一些状况下或许两个参数字段都需求。
当屏幕被触摸时，运用程序有必要先填充音讯结构体，然后把它传送给库中的音讯处理函数GOLMsg(GOL_MSG*pMsg)。目标（包含它的x、y 方位），将依据现在的状况和事情，改动其状况。针对输入事情而定制的行为，能够放在GOLMsgCallback() 函数中。一旦有目标收到有用的音讯，这个函数就会被调用。
图形库用法：
图形库的规划，旨在使图形接口能够无缝地集成到运用程序中去。一般，目标行为是经过图形库来进行办理的。把收到的音讯进行处理，依据音讯的内容，改动受影响的目标状况。然后，图形库主动地重画目标，显现状况的改动。
在用户接口模块和显现驱动程序已被挑选和加载的前提下，调用InitGraph()，复位显现设备操控器，把光标方位移动到(0,0) ，然后初始化显现器满意黑状况。然后，调用GOLCreateScheme()，界说用于目标的款式计划。
项目文件
图形库装置后，项目目录结构如图16所示：
图16 Microchip项目层次结构图
此目录作为项目目录，能够增加运用程序代码，也能够与图形库一道被编译。Graghics Lib 子目录下寄存的是图形库。Source Files子目录寄存C 文件、文档和实用程序。Headers子目录包含子目录Graphics Lib图形库的头文件和其他头文件。
3.2软件规划程序流程框图
本规划主程序流程图如图17所示：
图17 主程序流程图
当液晶屏启动时开端对体系进行装备，对变量、EEPROM、守时计数器等进行初始化，等候50ms后，体系进入安稳，并创立替代的款式计划。随后从EEPROM读取单次行进路程和总行进路程，并在对言语和时钟形式进行挑选时初始化用户界说的款式计划（例如字体，色彩）。在此之后履行创立液晶屏页面，处理触摸信息，CAN承受处理等操作。最终是CAN信息的接纳，处理和发送。
在此要特别强调的是触摸信息分为四种：①无触摸信息②触摸触摸屏③脱离触摸屏 ④触摸在液晶屏上移动。当无触摸信息时，液晶屏显现原有界面。当有物体触摸触摸屏时，进入中段，当触摸物体脱离触摸屏时进入下一界面。本规划暂时还没有考虑第四种状况。这也是需求改善的当地。
液晶屏显现面积有限，不或许将一切的信息显现在同一界面下，因而选用界面分层的层次结构来满意不同信息的显现。每层下面对应相应的软件流程框图。显现的层次结构如图18所示：
图18 层次结构图
本规划中首要通讯方法为CAN通讯，也是电动轿车与液晶显现屏对话的言语，其程序规划流程框图如图19所示。
图19 CAN通讯结构图
3.3 智能显现外表界面
开机启动时，屏幕进入主界面，如图20所示：
图20 主界面
图20中显现了车速，车辆行进的间隔，时刻，电池等信息，各模块具体信息经过点击功用建进入图21所示界面。
图21 液晶屏目录界面
这个界面包含：操控器矢量操控，操控器压频操控，操控器直接转矩操控，小计路程清零，能量清零，电池，充电机，体系设置，毛病，确定界面和回来。点击其间一个按键将进入相应的操控界面，进行更为具体的信息显现和设置。
当点击操控器矢量操控按钮，进入操控器矢量操控界面，该界面能够监督电机的相关信息，如图22所示：
图22 矢量操控界面
图22中电机转速，行进速度，电机温度，操控器温度，电机电压，电流，频率等参数都由CAN总线传送给Microchip-PIC32芯片，再由Microchip-P%&&&&&%32信息处理后，将实时的数据在液晶显现屏上进行显现。
当电池在充电或许放电时，电池电压，温度，SOC等信息都会发生改动。液晶屏程序对充放电都进行办理。当通讯出现问题时，在液晶屏右上角将显现通讯毛病。假如发生过充，或许过放，液晶屏大将对过充过放电池电压显现为赤色以引起司机留意。在必要的时分将主动关断充电机阻挠充电机对电池进行过充电，过放电也是如此。如图23所示。
图24 电池状况监控界面
本规划因为要满意不同电池类型的需求，所以对铅酸电池，锰酸电池，磷酸铁锂电池以及不同节数电池组成的电池组都进行了考虑。并进行了程序规划。当运用不同电池类型时，需求在体系设置中对电池类型进行挑选。在图24中，1号，4号，6号电池因为没接电池检测芯片，所以显现通讯毛病。表3是不同电池类型的编号。
表3不同电池类型的编号
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电池类型 |
电池电压（电池节数） |
电池编号 |
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铅酸 |
6V |
0 |
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8V |
1 |
|
|
12V |
2 |
|
|
磷酸铁锂 |
16节 |
3 |
|
24节 |
4 |
|
|
锰酸 |
3.3V |
5 |
|
缺省 |
—- |
6 |
该挑选有必要进入体系设置，并输入暗码才干进行修正。暗码保护功用能阻挠体系被随意设置，然后确保体系设置的正确性。
