设计与实践

题目： 汽车仪表功能的设计

目的： 了解传统指针仪表与液晶仪表的工作过程，理解掌握仪表的电气连接，学习 Murphy PV750 调试程序的使用，初步学习 CAN 总线应用协议的制定。

设计内容： 此实验使用 Murphy 仪表公司的 PV750 和 PVA 指针仪表为硬件基础，配合该公司的配套软件 Murphy Configuration Tool 2.1 完成。设计中根据操控设计实验的需求，选择使用不同指针仪表，并利用 Murphy Configuration Tool 2.1 编写所需 PV750 界面。仪表与其他设备间的通信将使用 CAN 总线协议，所有电气配置完成后将在车辆操控实验中进行联调。

实验器材：

硬件： Murphy PV750 仪表 1 块， PVA 仪表 1 块， 24V 开关电源 1 块，按钮开关 1 个、端子排 1 个，电气连线若干
软件： Murphy 仪表 PV750 调试软件 Murphy Configuration Tool 2.1

实验步骤：

•  初步了解仪表功能，工作方式

汽车仪表的发展在工作原理上可以划分为 4 个阶段。第一阶段是基于机械作用力而工作的机械式仪表，人们习惯称这类仪表为机械机心表。第二阶段汽车仪表的工作原理基于电测原理，即通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号加以测量，通常称这类仪表为电气式仪表。第三阶段为模拟电路电子式仪表。第四阶段为步进电动机式全数字汽车仪表。此类仪表通常采用总线通信、同步电机驱动的方式，它既保留了以往类型仪表显示直观、有动感、符合驾驶习惯的特点，同时也在可靠性、灵活性、指示精度上有了巨大的提升。本设计中的 PVA 仪表即为总线仪表，它接收由 PV750 发出的 MODBUS 总线信号并做出相应的响应，根据不同的需求，用户可以在 MODBUS 总线上挂接多类仪表，是仪表设计更加灵活，方便。

本设计中的另一重要组成部分是 Murphy PV750 。它是一款由 Murphy 开发的液晶仪表，与传统仪表不同的是 PV750 不再采用实物指针、表盘的方式进行显示，取而代之的是一块 7 英寸 的液晶显示器，用户可根据自身需求利用随表配置的编程软件对显示内容进行编辑、设计，进一步提高了仪表的灵活性，也极大地增加了仪表显示信息的容量。 PV750 内配置有 3 路 CAN2.0B 规格的总线接口， 1 个独立的 NMEA2000 （ GPS ）接口， 1 路视频输入接口，兼容 J1939 和 NMEA2000 （ GPS ）协议，并且可通过 MODBUS 接口向挂接在 PV750 上的其他 PVA 仪表发送总线数据。由此可知，汽车的现代化仪表已不再将部分行车数据的显示作为目标，而成为了现代汽车数字显示终端。

•  设计仪表电路图，完成电气连接

本实验的数据显示将配合汽车操控设计进行，总线上将有如下信息需要显示：

•  发动机转速

•  电制动力度

•  当前行驶档位（ D 、 P 、 R ）

因此，将使用 1 块 PV750 和 1 块指针转速表完成仪表设计。发动机转速将在 PV750 和指针转速表上同时显示，电制动力度与当前行驶档位在 PV750 上表示，这三个信息构成一个显示界面。

PV750 的接线图如下所示：

在本设计中，使用 A 口进行 CAN 总线通信， B 口用来同 PVA 仪表进行 MODBUS 通信。在 A 口中， 1,5 端子分别接 24V 开关电源，为仪表供电，其中 5 端子为点火端子，将其接入 24V 电源表示整车上电， 6 端子为地线， 2 、 3 接口分别为 CAN 高和 CAN 低接口。 PV750 自带 1 路开关量输出，本设计暂不使用，因此 A 口中的 4 端子为 悬空 。 B 口中 4 、 5 端子分别为 MODBUS 总线 的低和高，我们将其分别与 PVA 指针表的 RS485 — L 和 RS485 — H 连接。

PVA 指针表 的接线图如下所示：

每一块 PVA 指针仪表上都有上图所示的两个接口，其中 A 口为输入接口，连接 PV750 或上一块 PVA 指针表，它的 1 、 6 端子接 24V 电源和地线， 3 、 4 端子分别为 MODBUS 总线的高和低。 B 口为输出接口 ，连接下一块 PVA 指针表，此外在末端指针表的 B 口上应接一个终端电阻。本设计中的 PVA 指针表 A 口与 PV750 B 口连接，其中的 1 、 6 端子接电源和地线。 B 口上接终端电阻 。

•  使用 Murphy Configuration Tool 2.1 软件对 PV750 进行配置。

电气线路连接完成后对 PV750 进行配置。根据步骤 2 的要求，内容如下：

•  配置显示界面，分别显示发动机转速、制动力度和档位。

•  自定义 CAN 总线协议，传送制动力度与档位信息。

•  配置 PV750 各个端口功能。

•  下载程序至 PV750 。

根据上述内容，首先进行界面设计，界面如图所示：

上图中 Page Designer 部分为界面设计，中部的指针仪表为转速表，两侧分别为制动力度和档位。当档位手柄（三位开关）位置改变时。相应档位字母变红，其他档位变为灰色。

每一块仪表都对应一个变量输入设置，在配置界面时，需指定输入的变量。如下图所示：

指针转速表采用 J1939 协议，而在显示制动力度和档位时则需要自定义变量。如图：

在制动力度显示中我们自定义了制动力度变量（ UserDefinedVariable.zhidong ）作为仪表的变量输入，同理，在档位显示时，也需要定义档位变量（ UserDefinedVariable.dangwei ）

在界面配置完成后，需要自定义制动力度和档位的 CAN 协议如下表：

如上表所述，我们定义 ID 0x 000C 0003 用以发送制动程度的数据，数据长度为 1 字节，数据场中的数据为 CAN 总线通信设计中控制器实时采集的制动踏板数据。同样，定义 ID 0x 000C 0001 发送档位数据，数据长度 1 字节，数据场中的 00 、 01 、 02 分别代表停车挡、行驶挡和倒档。

自定义协议完成后，需将此协议 添加到 PV750 配置文件 中并 完成端口配置 ，如图：

我们采用 PV750 的 A 端口 接收自定义 CAN 数据，分别 选择所接收数据的类型、 ID 、长度以及存放数据的变量 （即上文所定义的制动和档位变量）。

以上工作完成后， PV750 的配置基本完成，需要 编译后下载到仪表中 。首先在配置软件上 单击 FULL 进行编译 ，并将编译好的文件 拷入 U 盘 。将 USB 连接线 与 PV750 的 C 口连接好后插入 U 盘，同时按下 PV750 右侧下方两个按键 ，打开电源，进行配置文件的写入。写入完成后将在屏幕上 显示刚刚配置好的界面。

•  模拟输入信号，在仪表上显示 。

界面配置完成后，为测试其功能，需先用 USB-CAN 进行测试， USB — CAN 的界面如下图所示：

在帧格式中选择 扩展帧 ， ID 填入 刚才定义的 ID 发送 帧数填入 1000 数据框内 填入需要显示的数据 后进行发送。观察仪表上是否 显示对应数据 。

按上述方法分别测试档位、转速、制动力度的显示，确认功能全部实现。

•  与实验 2 的系统联调

系统的联调是本设计接近真实使用环境的一步。在联调中， CAN 总线数据的发送不再依靠 USB — CAN ，而是由总线通信应用试验的控制器完成。联调时， 控制器采集 制动踏板、油门踏板和档位开关信号，按上述协议 向总线上发送 CAN 数据 ， PV750 接收 到数据后完成显示。

实验小结：

通过本设计与实验，本小组对现代汽车仪表特别是总线仪表的工作过程和原理有了更加直观、深入的了解和认识。初步掌握了电气图的辨识与接线的方法。特别是通过对 PV750 仪表的学习，不仅掌握了该仪表的基本配置方法，同时也更深入的理解了 CAN 总线通信的原理和应用过程。这将为今后继续从事汽车电气的研究打下良好的基础。