基于emWin图形库的电动汽车液晶仪表设计

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随着汽车电子技术的飞速发展，利用嵌入式技术开发的全数字式汽车仪表盘在不久的将来必将取代传统的电气式、模拟电子式仪表。仪表盘作为汽车的综合信息显示中心，其重要性也越来越明显，汽车仪表不仅包含里程表、速度表等为驾驶员提供机车行驶信息，为了使驾驶员能够更多更迅速的掌握汽车行驶信息，及时有效地采取相应的操作，保证汽车安全正常的工作，汽车仪表板已经成为现代汽车的信息中心，越来越需要完善，提供更加准确的汽车行驶信息。

近几年传统的机械式汽车仪表盘越来越多地采用电子液晶屏。由于ⅡI'的每个像素点都是有源像素点，由集成在自身上的TFr控制器来控制，不但对比度和亮度可以有限提高，显示速度也得到了很大的提升，同时分辨率也达到了很高的水平。因此文中设计选择TFr-LCD显示屏作为显示终端。

目前国内的低端电动汽车的迅速发展，且电动汽车厂家和车型众多，加上个性化显示的需求，电动汽车仪表的需求逐渐增多，而液晶仪表以图形、动画和文字显示的方式模拟常规仪表显示 ，可以达到较好的显示效果，同时保证系统的成本。通基金项目：湖南省娄底市科技计划项 目和湖南侍育厅资助科研项目(12C0741)收稿日期：2013-O1-20 收修改稿Et期：2013-o4-12过调节液晶的显示界面，可以满足不同厂家，车型和个性化显示的需求，避免重复投资。文中采用集成 LCD图像控制器的ARM Cortex-M3内核微控制器 LPC1788，并利用 emWin图形界面针对某电动车厂的仪表进行设计。

1 硬件设计传统仪表包括速度指示盘，警告灯，转向灯等各种指示和里程显示多方面的功能。电动汽车液晶仪表则和传统仪表显示有所不同，主要包括速度表、电池电压、电池容量和各种指示灯等显示。在设计中速度表采用指针和数字结合方式，指示灯通过显示图片实现，而行驶里程，电机转速和电机温度通过数字指示，电池电压和电池容量则通过进度条显示，并在仪表加入了中文提示。整个仪表直观、能够满足电动汽车仪表的所有需求。

电动汽车液晶仪表硬件设计采用了集成LCD图像控制器的ARM Cortex-M3内核微控制器 LPC1788，最高运行频率为120 MHz.LPC1788丰富的外设方便了用户的硬件设计，如图1所示：电动汽车仪表主要包括32 M的SDRAM、大容量 NOR-FLASH、液晶拈、CAN总线接 口、音频接 口、按键和 EEPROM存储芯片24C16等 。

1.1 SDRAM 和 NoR-FLASH扩展仪表指针的动画显示和刷新屏幕显示过程中，为了防止抖l06 Instrument Technique and Sensor Ju1.2013图 1 仪裹硬件原理框图动、窗口管理和抗锯齿等须先进行运算等操作，系统需要有足够大的内存空间进行存储。设计采用了两片 HY57V561620FT并联组成 32位数据总线，总容量大小为 64 MB.大容量 NOR-FLASH是为了保证有足够空问储存程序、大量仪表显示图片和语音文件，NOR-Flash采用 JS28F128P30芯片 ，其位宽为 16位，容量为 16 MB。

1.2 液晶接口电路LCD控制器和液晶拈的电路示意图如图2所示。文中液晶拈采用了通用的 7寸液晶，分辨率 为 800 x 480，采用565RGB模式，40脚数字接 口。LPC1788内置的 LCD控制器包括了用于传输图像的数据总线VD[23：0]和 LCD-DCLK、LCD-ENAB-M 、LCD-FP、LCD-LE、LCD- LP等必要的控制信号。

LPC1788 LCD接口自带 DMA控制器，可以不依赖 CPU和其他系统功能而独立工作。

1.3 CAN总线电路CAN总线是为了能够接收来自CAN总线传的各种信号。

LPC1788自带 2路 CAN 2.OB，它支持 CAN技术规范 V2.0 A/B。CAN拈由两部分组成：控制器和接收滤波器，所有寄存器和 RAM可以访问的32位字节。总线收发器采用 3.3 V CAN总线收发器 SN65HVD230。

图2 LCD控制器和液晶的电路示意图2 软件设计图形用户界面设计是电动汽车液晶仪表设计的关键部分，目前嵌入式系统采用的图形用户界面软件主要包括：(1)诺基亚公司的Qt；(2)北京 l-漫软件技术有限公司 MiniGUI；(3)Mi-ClaUm公司开发的 txC/GUI，C/GUI和 emWin软件部分是相同的，不同厂家的产品。由于各个软件运行环境不同或者图形用户界面软件功 能有 限，很难达到 比较完美 的效果。德 国SEGGER公司为恩智浦ARM微控制器用户提供的emWin图形库。emWin图形用户界面所有软件拈均为 C语言源代码设计。它可适用于各种嵌入系统中，包括电信 、医疗技术、消费电子、汽车电子和工业自动化领域。

2.1 软件整体流程电动汽车仪表涉及多个任务，如图形显示和刷新、CAN总线的通信和语音提示等，图形界面设计也需要用到消息和多任务支持，设计中使用了 embOS操作系统加 emWin图形用户界面的组合，系统软件的整体架构如图3所示。

应用程序层(多任务) ：l en n图形界面l， ：embOS：]作系统0i ernbos板级支持包 l- 鲂 软件层 l I ； f平 ±ILPcl78外设 硬件层I图3 软件整体架构embOS是-个优先级控制的多任务系统，是专门为各种微控制器应用于实时系统应用的嵌入式操作系统 ，是-个具有最小 RAM和 ROM占用的、高速的、多功能的高性能内核。embOS是高度拈化的，只有需要的函数才被调用 ，占用的 ROM非常校移植主要考虑与底层密切相关软件的修改，其中包括 bsp。

e和 RTOSInit.C部分 函数，根据 LPC1788的硬件不同进行修改。

如图4所示为系统的整体程序流程图。在初始化板级支持包和操作系统内核以后，系统初始化 emWin图形界面软件，接着开始运行主任务 J。主任务根据液晶仪表系统的需要，优先级从高到低主要分为以下子任务：(1)CAN总线通信；(2)图形显示与刷新；(3)RTC时间读取；(4)里程写入 EEPROM；(5)语音播放 ；(6)按键读龋由于 embOS是-个抢 占式的内核，采用基于优先级的抢先式调度算法，有效地保证了实时性的要求。在设计程序时给每个任务分配 自己的堆栈并且被赋予-定的优先级别 J。

2.2 emWin图形显示界面实现emWin可工作在单任务环境中也可工作在多任务环境中，具有拈化的特点，并采用分层结构。emWin总共包括4层，每-层都可以分开单独使用。其 中层 1：LCD驱动；层 2：图形库；层3：插件库；层4：视窗管理器。emWin是以C源代码形式提交，通过对层 1：LCD驱动程序的修改后 ，可以很方便的移植到 LPC1788使用E5]。emWin移纸法如下 ：第-步为硬件相关程序修改。(1)Globa1.h：修改 Globa1.h文件中U8，U16等数据类型的宏定义。因为在跨硬件平台的系统/软件包常使用这种方式定义数据类型，以便于移植。(2)BSP.C：硬 件相 关 函数修 改，包 括按键 和 LED灯 等。(3)RTOSInit.C：根据硬件设计配置 Flash和 SDRAM的管脚 、时序，设置 SDRAM的刷新速度等。主要修改-EMC-Init、-DelayMs等函数。

第二步为LCD驱动修改：LPC1788内置 LCD控制器，针对不同类型、不同分辨率的屏幕需要进行相关设置。配置文件含有程序器的所有必要信息，包括硬件访问方式，以及控制器与110 Instrument Technique and Sensor Ju1.20134 应用实例对浙江某知名膨胀阀生产企业的膨胀阀生产线进行改造，该生产线工序依次按照以下顺序排列：动力头分档、阀体分档、自动鹏、外平衡 预压、装配0度作动、装配 l0度作动 、装配水检、复测0度作动、复测 10度作动、复测水检。每-个工序配备-个工序质量控制终端，按照图2所示的设备接入方案将各工序的PLC与工序质量控制终端相连，然后设置好每-个工序质量控制终端对应工序的生产参数、工序号、工位号和无线通信地址等系统信息，就完成了膨胀阀生产线融入生产质量监控系统的改造。

以膨胀阀自动鹏生产工序为例，该工序由于PLC采用的是 OMRON CP1E，只有-个 RS-232串口，因此不能同时接条码阅读器，无线通信拈，和触摸屏，成为信息孤岛∮入工序质量控制终端之后 ，因PLC通信端口有限造成的与多拈通信的问题有效解决.在设备工作前，先设定 自动鹏生产工序相关生产参数，然后按照图5所示流程开始工作，上发的数据长度为60字节，包含起始码、CRC校验码、工序代码、工位代码 、操作员工条码 、膨胀阀条码 、膨胀阀鹏数据、膨胀阀鹏合格标志、本工序膨胀阀累计加工数目、质量连锁控制请求信息和控制终端开机标志。服务器反馈的数据长度为 8字节，包含起始码、CRC校验码、质量连锁控制信息、工序代码、工位代码以及膨胀阀在本工序已做标志。经过测试 ，工序质量控制终端与上层服务 器正常 的数据 通信延 迟小于 1 S，正 确率达 到了99.9%，完全满足生产质量监控系统的通信要求。

与此同时，设定工序质量控制终端的工序能力分析拈采样间隔为 1 h，采样数 目为40个 ，质量标准 T为 0.2，标准中心M为25.2，然后对该时段的膨胀 阀鹏设备进行工序能力分析 ，抽样的数据、计算出的 C 和给出的分析评价都显示在触摸屏上供生产者参考。抽样的数据和计算出的C 如表 1所示，给出的评价结论为：达到 A级标准界限值 1.33，该时段膨胀阀自动鹏设备能力良好、状态稳定。

5 结束语嵌入式智能工序质量控制终端结合了物联网中的身份识别、无线传输 、嵌入式计算机等技术。通过对原有设备的改造和多次实验，证明了该终端的工作可靠性与高效性，它为离散制造业中的信息孤岛融入生产质量信息系统提供了有效解决方案，提高了离散制造企业的生产效率，降低了产品次品率，产生了良好的经济和社会效益。