Самое главное, на что стоит обратить внимание при разработке компьютера, это возможность вносить поправки в полученные данные. Как уже говорилось, бортовой компьютер сам ничего не замеряет, всю информацию о процессах, происходящих с вашим автомобилем, он получает от штатных систем. Как правило, информация эта обладает большой погрешностью. Как следствие, все значения, вычисленные на основании неверных данных, будут иметь мало общего с действительностью.
Программа хорошего бортового компьютера позволяет подстроить показания по расходу топлива, расчету скорости, пробегу и т.д. Отсутствие данной функции не позволит получить достоверную информацию от вашего бортового компьютера.
Отображение информации
Немаловажную роль играет способ отображения полученной и вычисленной информации. А это напрямую зависит от типа установленного дисплея.
Дисплей может быть цифровой, трех- или четырехразрядный. Для большей информативности этих дисплеев может быть два. Также встречаются модели с жидкокристаллическим дисплеем, похожие на те, что устанавливаются в мобильные телефоны. Бортовые компьютеры с этим типом дисплея наиболее удобны, однако цена их значительно выше.
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ МКТ
Алгоритм функционирования и особенности построения практически любого диагностического тестера начального уровня, работающего по протоколу KWP2000 и подключенного к К-линии, следующие:
1) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления не превышает 4 штуки и выбор режима работы, которое осуществляется с помощью меню.
2) Формируется запрос на ЭБУ, соответствующий заданному режиму работы. Виды запросов весьма многообразны, однако их содержание (за небольшим исключением, например запросов на изменение состояния исполнительных механизмов) постоянно.
3) Ожидается ответ от ЭБУ и осуществляется прием данных при его получении. Длина принимаемого сообщения не превышает 128 байт.
4) По истечении времени ожидания или завершении приема данных производится анализ сложившейся ситуации и в соответствии с ней возможна модификация заданного режима работы.
5) При необходимости обновляется информация на индикаторе с преобразованием полученных из ЭБУ данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок, что требует применения знакосинтезирующего индикатора как минимум с 1 строкой на 16 символов (лучше 2*20). Объем информации для отображения в развернутом виде очень большой, что влечет за собой увеличение памяти для ее хранения. Полученные из ЭБУ данные, в некоторых случаях, должны быть пересчитаны по несложной формуле (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.
6) Делается пауза, т.к. согласно протокола, запросы на ЭБУ должны выдаваться не раньше 100 мс по окончании предыдущего сеанса обмена, и все повторяется сначала.
Алгоритм функционирования и особенности построения маршрутного компьютера примерно следующие:
1) Постоянно производится подсчет времени, импульсов с датчиков расхода топлива и скорости, а также измерение длительности между импульсами с датчика скорости.
2) Производится опрос клавиатуры и, в случае необходимости, модификация выбранного режима работы. Количество кнопок управления не превышает 4 штуки и выбор режима работы осуществляется с помощью меню.
3) Обновляется информация на индикаторе с преобразованием накопленных первичных данных. Информация для пользователя должна выводиться в удобной форме, т.е. в виде развернутых буквенно-цифровых сообщений и подсказок, что требует применения знакосинтезирующего индикатора как минимум с 1 строкой на 16 символов (лучше 2*20). Объем информации для отображения в развернутом виде очень большой, что влечет за собой увеличение памяти для ее хранения. Первичные данные должны быть пересчитаны по несложным формулам (точность вычислений при этом может быть невелика) и преобразованы из двоичной формы в символьный формат.
4) Делается пауза, т.к. исходя из психофизиологических особенностей человека частота обновления информации не должна превышать 10Гц, и все повторяется сначала.
Как видно из вышесказанного, между функционированием устройства в режиме тестера или маршрутного компьютера много общего, что позволяет совместно использовать аппаратные и программные ресурсы.
С точки зрения построения программы, учитывая большой объем текстовых сообщений, все их желательно вынести за пределы внутреннего сравнительно небольшого ПЗУ микроконтроллера. Т.к. между обновлениями информации существует большая пауза (не менее 100 мс), а количество одновременно отображаемых символов невелико, то эти данные могут быть размещены во внешнем ПЗУ с последовательной выборкой и извлекаться оттуда по мере необходимости. Развивая эту идею, можно вынести во внешнее ПЗУ сами запросы, описание формул для пересчета различных параметров, а также и весь сценарий работы с меню. Таким образом, в микроконтроллере остается программа-монитор, которая осуществляет:
· инициализацию устройства;
· обработку прерываний;
· опрос клавиатуры;
· вывод на жидкокристаллический индикатор;
· передачу и прием данных из буфера по К-линии;
· формирование временных задержек;
· выдачу звуковых сигналов;
· считывание данных из внешнего ПЗУ, их интерпретацию и преобразование.
Такой подход и применен в предлагаемом устройстве, что позволяет легко наращивать и видоизменять набор контролируемых параметров, не затрагивая микроконтроллера.
Схема электрическая структурная представлена на чертеже АКВТ.230101.ДП00.10Э1.
Маршрутный компьютер-тестер состоит из следующих компонентов: микроконтроллер; интерфейс подключения к К-линии; пульт управления; дисплей; ПЗУ.
МКТ подключается к системе электрооборудования автомобиля в соответствии со схемой включения предусмотренной для бортового компьютера.
3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ МКТ
3.1 Выбор элементной базы и разработка схемы электрической принципиальной МКТ
Задание для дипломного проектирования предусматривает создание МКТ, представленного на схеме электрической структурной АКВТ.230101.ДП00.10Э1.
Для того, чтобы МКТ обеспечивал выполнение своих рабочих функций с необходимыми параметрами, используются в качестве элементной базы интегральные микросхемы (ИМС) и дискретные элементы.
В настоящее время существуют несколько вариантов логик цифровых микросхем: транзисторно-транзисторная логика ТТЛ, металл-окисел-проводник МОП и эммиторно-связная логика ЭСЛ.
Отметим, что микросхемы МОП разрабатывали после внедрения в аппаратуру первых серий ТТЛ, поэтому во многом копировали их структуру. Большое распространение получили микросхемы КМОП – комплиментарные полевые транзисторы со структурой МОП. Микросхемы КМОП почти не потребляют электроэнергию от источника питания во время ожидания. При обработке сигналов ток потребления микросхем тем выше, чем выше быстродействие схемы.
Микросхемы ТТЛ также как и КМОП отвечают таким требованиям, как минимальное потребление энергии, но КМОП имеют наименьшие габариты и вес. Микросхемы логики КМОП целесообразно использовать в бортовых условиях работы.
ЭСЛ – это самая быстродействующая логика, но является самой спорной. Потребителей отпугивает очень большая рассеиваемая мощность.
Основным требованием к блоку является обеспечение минимального потребления электроэнергии, высокая надежность и минимальные габаритные размеры.
Маршрутный компьютер тестер рассчитан на бортовые условия эксплуатации, что следует учитывать при выборе элементной базы.
Выбор микроконтроллера:
В качестве микроконтроллера выбираем микроконтроллер AT89S53, 8-ми разрядный микроконтроллер с Flash памятью объемом 12 Кбайт семейства AT89S.
Использование микроконтроллеров АТ89 позволяет получить более высокие результаты при создании микроконтроллерных систем в плане снижения энергопотребления (за счет полностью статической структуры) и сокращения аппаратных затрат.
AT89S53 наиболее подходит к разрабатываемому блоку и сочетает в себе все функции ранее разработанных МК семейства AT89S. Поддерживает пословную и постраничную запись, используемую при программировании, а так же и побайтную запись, что очень важно при программировании.
Микроконтроллеры серии АТ89, изготовлены по КМОП (CMOS) технологии.
Основные преимущества перед другими моделями:
1) Совместимость с ИС семейства MCS 51
2) 12 Кбайт внутрисистемно-программируемой загружаемой Flash памяти:
3) Последовательный SPI- совместимый интерфейс для загрузки программ
4) Ресурс: 1000 циклов записи/ стирания
5) Напряжение питания от 4 В до 6 В
6) Полностатический режим работы: от 0 Гц до 24 МГц
7) Трехуровневая защита программирования памяти
8) Встроенная 256 х 8 бит RAM
9) 32 программируемые линии I/O
10) Три 16 – ти разрядных таймера/ счетчика
11) 9 источников прерывания
12) Программируемый последовательный канал UART
13) Последовательный SPI – совместимый интерфейс
14) Экономичные режимы ожидания (Idle) и отключения (Power – down)
15) Пробуждение из режима отключения (Power Down) по прерыванию
16) Программируемый следящий таймер
17) Двойной указатель данных
18) Флаг отключения питания
Описание:
AT89S53 представляет собой экономичный, высокопроизводительный, 8-ми разрядный CMOS микроконтроллер с, загружаемой, программируемой и стираемой ROM памятью объемом 12 Кбайт. Производится с применением технологии энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной корпорацией Atmel, и имеет совместимость с, широко используемым, стандартным набором инструкций, и расположением выводов стандарта 80С51. Наличие встроенной Flash памяти с поддержкой функции загрузки позволяет производить внутрисистемное перепрограммирование программного кода посредством последовательного SPI – интерфейса, или с помощью стандартного программатора энергонезависимой памяти. Благодаря объединению универсального, 8-ми разрядного CPU и загружаемой Flash памяти на одном кристалле, микроконтроллер Atmel AT89S53 имеет высокую производительность, гибкость в применении, и конкурентоспособную себестоимость для широкого спектра встраиваемых систем управления.