Vytvoˇren´ı ﬁrwmare pro ˇr´ıdic´ı jednotku a HMI displej v elektrick´em vozidle

(1)

Vytvoˇ ren´ı firwmare pro ˇ r´ıdic´ı jednotku a HMI displej v elektrick´ em vozidle

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace

Studijn´ı program: B2646 – Informaˇcn´ı technologie Studijn´ı obor: 1802R007 – Informaˇcn´ı technologie Autor pr´ace: Jan Peˇca

Vedouc´ı pr´ace: Ing. Petr B´ılek, Ph.D.

Konzultant: Ing. Luk´aˇs Krˇcm´aˇr

(2)

Zadání bakalářské práce

Vytvoření firmware pro řidicí jednotku a HMI displej v elektrickém vozidle

Jméno a příjmení: Jan Peča Osobní číslo: M15000049

Studijní program: B2646 Informační technologie Studijní obor: Informační technologie

Zadávající katedra: Ústav mechatroniky a technické informatiky Akademický rok: 2019/2020

Zásady pro vypracování:

1. Proveďte rešerši již používaných zařízení, metod a postupů pro vývoj grafiky HMI displeje a seznamte se s programováním řidicí jednotky vybavené mikropočítačem s architekturou ARM.

2. Vyberte vhodný HMI displej s ohledem na použití v elektrickém vozidle (CAN sběrnice, velikost, cena). Připojte senzory (páčky blinkrů, plyn, brzda, světla a houkačka, teplota, vlhkost, rychlost) a akční členy (světla, houkačka) k řidicí jednotce a vše oživte.

3. Napište a odlaďte firmware pro řidicí jednotku v jazyce C. Vytvořte grafiku do vybraného

displeje přes příslušný software. Zajistěte komunikaci řidicí jednotky po sběrnici CAN s ostatními jednotkami v elektrickém vozidle (snímač úhlu natočení volantu, HMI displej, řidicí jednotka motorů, správa baterie a nabíjení).

4. Otestujte na demo-boardu elektrického vozidla a zhodnoťte dosažené parametry.

(3)

Rozsah grafických prací: dle potřeby dokumentace Rozsah pracovní zprávy: 30–40 stran

Forma zpracování práce: tištěná/elektronická

Jazyk práce: Čeština

Seznam odborné literatury:

[1] ŠTĚRBA, PAVEL. Elektrotechnika a elektronika automobilů. Praha: Computer press, 2004. 182 s.

ISBN 80-251-0211-4.

[2] ŽĎÁNSKÝ, BRONISLAV. Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno: Avid, 2006. 212 s. ISBN 978-80-87143-14-8.

[3] Datasheety k vybraným jednotkám v elektrickém vozidle.

Vedoucí práce: Ing. Petr Bílek, Ph.D.

Ústav mechatroniky a technické informatiky Konzultant práce: Ing. Lukáš Krčmář

Ústav mechatroniky a technické informatiky Datum zadání práce: 10. října 2019

Předpokládaný termín odevzdání: 18. května 2020

prof. Ing. Zdeněk Plíva, Ph.D.

L.S.

doc. Ing. Milan Kolář, CSc.

(4)

Prohlášení

Prohlašuji, že svou bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně jako pů- vodní dílo s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedou- cím mé bakalářské práce a konzultantem.

Jsem si vědom toho, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci nezasahuje do mých au- torských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu Technické univerzity v Liberci.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti Technickou univerzi- tu v Liberci; v tomto případě má Technická univerzita v Liberci právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Současně čestně prohlašuji, že text elektronické podoby práce vložený do IS/STAG se shoduje s textem tištěné podoby práce.

Beru na vědomí, že má bakalářská práce bude zveřejněna Technickou uni- verzitou v Liberci v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů.

Jsem si vědom následků, které podle zákona o vysokých školách mohou vyplývat z porušení tohoto prohlášení.

1. června 2020 Jan Peča

(5)

Podˇ ekov´ an´ı

Rád bych podˇekoval panu Ing. Petru B´ılkovi, Ph.D. za ochotu, cenné rady a vstˇr´ıcnost pˇri konzultac´ıch a psan´ı reˇserˇse této ba- kaláˇrské práce.

(6)

Vytvoˇ ren´ı firwmare pro ˇ r´ıdic´ı jednotku a HMI displej v elektrick´ em vozidle

Abstrakt

Bakaláˇrská práce se zabývá vývojem firmwaru pro ˇr´ıdic´ı jednotku a displej v elektrickém vozidle. Na vybrané vývojové desce byla re- alizována obsluha základn´ıch prvk˚u v elektromobilu. Dále byl vy- tipován vhodný displej, který zde slouˇz´ı jako palubn´ı deska zob- razuj´ıc´ı informace o j´ızdˇe vozidla, stavu akumulátor˚u a elektromo- toru. Pro tento displej bylo navrˇzeno a vytvoˇreno grafické rozhran´ı.

N´aslednˇe byla vyzkouˇsena a realizov´ana komunikace po sbˇernici CAN.

Kl´ıˇcová slova: elektromobilita, elektromobil, návrh grafiky displeje pro palubn´ı desku, návrh grafiky, CAN sbˇernice, mikropoˇc´ıtaˇc ARM

Realization of firmware for control unit and HMI display in an electric vehicle

Abstract

The bachelor’s thesis deals with the development of firmware for the control unit and display in an electric vehicle. The operation of the basic elements in the electric car was performed on a selected development board. Furthermore, a suitable display was selected, which serves as a dashboard showing information about the vehicle’s dri- ving, battery status and electric motor. A graphical interface was designed and created for this display. Subsequently, communication via the CAN bus was tested and implemented.

Keywords: electromobility, electromobile, graphics design for dashboard, graphics design. CAN bus, ARM microcontroller,

(7)

Obsah

Seznam zkratek . . . 10

Uvod´ 11 1 Displeje a ˇr´ıdic´ı jednotka elektromobilu 12 1.1 Poˇzadavky na ˇr´ıdic´ı jednotku . . . 12

1.2 Komerˇcn´ı ˇr´ıdic´ı jednotky . . . 12

1.3 Arudio Due . . . 13

1.4 Poˇzadavky na displej . . . 13

1.5 Displeje dostupn´e v nab´ıdce na trhu . . . 14

1.5.1 Wecon PI 7 inch HMI : PI8070 . . . 17

1.5.2 Micromedia HMI 7 . . . 18

1.5.3 Weintek eMT3070B . . . 19

1.5.4 Myir MY-EVC5100S-HMI . . . 20

1.5.5 AMETEK VIS’ C-COM 7GT . . . 21

1.5.6 Opus A6 ECO BASIC (G2) . . . 22

1.5.7 Riverdi RiTFT-50-IOT-CAP . . . 23

1.5.8 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR . . . 24

1.5.9 Grayhill 3D70 . . . 25

1.5.10 Nextion NX8048P070-011C-Y . . . 26

1.5.11 STM32H747I-DISCO . . . 27

1.6 Tipy pro v´yvoj grafiky HMI displej˚u . . . 29

1.7 Osvˇedˇcené postupy pˇr´ı vývoji grafiky ˇr´ıd´ıc´ıho systému HMI . . . 30

1.8 CAN Bus . . . 31

1.9 Popis demo-boardu . . . 32

1.9.1 Vstupy a v´ystupy . . . 33

2 Realizace grafiky a firmwaru 34 2.1 V´ybˇer a testov´an´ı displej˚u . . . 34

2.2 N´avrh grafiky . . . 36

2.3 Firmware ˇr´ıdic´ı jednotky . . . 41

2.3.1 Ovl´adac´ı prvky . . . 42

2.3.2 Komunikace ˇr´ıdic´ı jednotky s displejem . . . 43

3 Z´avˇer 45

(8)

Seznam obr´ azk˚ u

1.1 V´yvojov´a deska Arduino Due . . . 13

1.2 Displej od spoleˇcnosti Acewell . . . 15

1.3 Displej od spoleˇcnosti SiAECOSYS . . . 16

1.4 Displej od spoleˇcnosti QSMOTOR . . . 16

1.5 Displej od spoleˇcnosti Xingyuhe . . . 16

1.6 Bafang 850C. . . 17

1.7 Wecon PI 7 inch HMI : PI8070 . . . 18

1.8 Mikromedia HMI 7 . . . 19

1.9 Weintek eMT3070B . . . 20

1.10 Myir MY-EVC5100S-HMI . . . 21

1.11 AMETEK VIS’ C-COM 7GT . . . 22

1.12 Opus A6 ECO Basic . . . 23

1.13 RiTFT-50-IOT-CAP . . . 24

1.14 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR . . . 25

1.15 Grayhill 3D70 . . . 26

1.16 Nextion NX8048P070-011C-Y . . . 27

1.17 STM32H747I-DISCO . . . 28

1.18 Winstar WF70A8SYAHLNN0 . . . 29

1.19 Blokov´e sch´ema demo-boardu . . . 32

1.20 Demo-board . . . 33

2.1 N´avrh kruhov´eho ukazatele. . . 36

2.2 N´avrh p˚ulkruhov´eho ukazatele . . . 37

2.3 Vytv´aˇren´ı p˚ulkruhov´eho ukazatele . . . 37

2.4 Vytv´aˇren´ı p˚ulkruhov´eho ukazatele II . . . 38

2.5 Vytv´aˇren´ı p˚ulkruhov´eho ukazatele III . . . 38

2.6 Vytv´aˇren´ı p˚ulkruhov´eho ukazatele IV . . . 39

2.7 Uvaˇzovan´e zobrazen´ı stavu akumul´atoru . . . 39

2.8 Fin´aln´ı n´avrh grafiky displeje . . . 40

2.9 Zjednoduˇsený vývojový digram pro ˇr´ıdic´ı jednotku. . . 41

2.10 Zjednoduˇsený vývojový digram pro displej . . . 44

(9)

Seznam tabulek

1.1 Bafang 850C parametry . . . 17

1.2 Wecon PI8070 parametry . . . 18

1.3 Mikromedia HMI 7”parametry . . . 19

1.4 Weintek eMT3070B parametry. . . 20

1.5 Myir MY-EVC51000S-HMI parametry . . . 20

1.6 Ametek parametry . . . 21

1.7 Opus A6 parametry . . . 22

1.8 RiTFT-50-IOT-CAP parametry . . . 23

1.9 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR parametry . . . 24

1.10 Grayhill 3D70 parametry . . . 25

1.11 Nextion NX8048P070-011C-Y parametry . . . 26

1.12 STM32H747I-DISCO parametry . . . 27

1.13 Winstar WF70A8SYAHLNN0 . . . 28

(10)

Seznam zkratek

CAN Controller Area Network ECU Electronic Control Unit GUI Graphical User Interface HMI Human Machine Interface IOT Internet of Things

IPS In-plane Switching

LVDS Low-Voltage Differential Signaling MIPI DSI MIPI Display Serial Interface PLC Programamable Logic Controller PWM Pulse-Width Modulator

USB Universal Serial Bus VCU Vehicle Control Unit

(11)

Uvod ´

Jedn´ım z c´ıl˚u této práce bylo vytvoˇren´ı firmwaru pro ˇr´ıdic´ı jednotku v elektromobilu. ˇR´ıdic´ı jednotka poskytuje zastˇreˇsen´ı nad komunikac´ı, která prob´ıhá v rámci automobilu, zaznamenává provozn´ı data a pˇr´ıpadné chyby. Firmware vyv´ıjený v rámci této práce se stará o komunikaci se senzory a dalˇs´ımi jednotkami ve vozidle. K ˇr´ıdic´ı jednotce jsou pˇripojeny senzory od ovladaˇc˚u smˇerovek, svˇetel, zámk˚u, plynového a brzdového pedálu. Dalˇs´ımi jednotkami se pak rozum´ı displej, který pln´ı funkci palubn´ı desky, správa baterie a nab´ıjen´ı a ˇr´ıdic´ı jednotka motor˚u. V rámci této práce byla ˇreˇsena komunikace mezi ˇr´ıdic´ı jednotkou a displejem. Nicménˇe komunikace mezi ˇr´ıdic´ı jednotkou a dalˇs´ımi jednotkami by prob´ıhala na stejném principu, jelikoˇz rovnˇeˇz vyuˇz´ıvá sbˇernici CAN.

Dalˇs´ım c´ılem této bakaláˇrské práce byl výbˇer displeje. Tento displej bude plnit funkci palubn´ı desky v elektromobilu. Na tomto displeji bude zapotˇreb´ı zobrazovat informace týkaj´ıc´ı se vozidla. Mezi tyto informace patˇr´ı: rychlost, spotˇreba, dojezd, zaˇrazený rychlostn´ı stupeˇn a dalˇs´ı. Tyto informace jsou z velké ˇcásti totoˇzné jako u klasických automobil˚u se spalovac´ım motorem. Rozd´ılem zde bude nutnost zobrazen´ı informac´ı o akumulátoru, který slouˇz´ı pro pohon. Pˇri výbˇeru displeje bylo potˇreba brát ohled na r˚uzné parametry, které by mˇel daný displej splˇnovat.

Tˇemito parametry jsou sv´ıtivost, velikost, podporovaná rozhran´ı a cena. Po vybrán´ı vhodného displeje bylo dalˇs´ım úkolem navrhnout a zrealizovat grafiku pro palubn´ı desku. Pˇri návrhu grafického rozhran´ı bylo potˇreba zakomponovat vˇsechny potˇrebné informace, které by mˇely být uˇzivateli (ˇridiˇci) zobrazeny. Tyto informace bylo potˇreba zobrazit pˇrehlednˇe a pro ˇridiˇce co nejv´ıce uˇziteˇcnˇe.

Po dokonˇcen´ı obou pˇredchoz´ıch ˇcásti, bylo dalˇs´ım úkolem propojen´ı tˇechto ˇcást´ı.

To obnáˇselo fyzické pˇripojen´ı obou ˇcást´ı ke sbˇernici CAN a následnˇe bylo potˇreba provést propojen´ı po stránce programové.

(12)

1 Displeje a ˇ r´ıdic´ı jednotka elektromobilu

1.1 Poˇ zadavky na ˇ r´ıdic´ı jednotku

Rozhran´ı

Hlavn´ım z poˇzadovaných rozhran´ım, které musela ˇr´ıdic´ı jednotka resp. vybraná vývojová platforma poskytovat, bylo rozhran´ı sbˇernice CAN.

Vstupy a v´ystupy

Dále bylo potˇreba, aby tato platforma umoˇzˇnovala pˇr´ıpojen´ı jak digitáln´ıch tak analogových vstup˚u. Výstupy zde staˇcily pouze digitáln´ı.

Cena

Bylo vhodné, aby se cena vybrané platformy pohybovala do 200 USD. Tato hranice vyˇradila moˇznost vyuˇz´ıt jiˇz naprogramovaných jednotek.

1.2 Komerˇ cn´ı ˇ r´ıdic´ı jednotky

Na trhu je moˇzné poˇr´ıdit jiˇz naprogramované ˇr´ıdic´ı jednotky, které by ˇslo pro tuto práci jistˇe vyuˇz´ıt. V pˇr´ıpadˇe poˇr´ızen´ı takovéto jednotky by ji staˇcilo pˇripojit a podle potˇreb nakonfigurovat. Toto ˇreˇsen´ı má ovˇsem velkou nevýhodu a to z pohledu jeho finanˇcn´ı nároˇcnosti. Cena tˇechto jednotek se totiˇz pohybuje v rozmez´ı 1500–5000 USD, coˇz znaˇcnˇe pˇrevyˇsuje náklady na vytvoˇren´ı vlastn´ı ˇr´ıdic´ı jednotky.

Pro porovnán´ı zde bude uvedeno nˇekolik ˇr´ıdic´ıch jednotek dostupných na trhu. Tyto jednotky jsou vybavené vlastn´ım mikroprocesorem a jsou urˇceném pˇr´ımo pro oblast automotive. Vˇetˇsina z nich nab´ız´ı minimálnˇe dvˇe CAN sbˇernice. Zároveˇn tyto jednotky disponuj´ı analogovými i digitáln´ımi vstupy a výstupy. Jednotky nab´ızej´ı také PWM výstupy. Zde bude uvedeno jmenovitˇe nˇekolik VCU.

Pi Innovo M110, M220, Continental gVCU, ECOTRONS ES1274A, SIGRATECH Electric Vehicle Powertrain Control Unit

(13)

1.3 Arudio Due

Zvolenou variantou pro vývoj firmwaru byla vývojová deska Arduino Due. Tato vývojová deska je zaloˇzena na 32-bitovém ARM mikroprocesoru a nab´ız´ı 54 pin˚u pro vstup a výstup. Z tˇechto výstup˚u poskytuje 12 moˇznost PWM výstupu. Dále poskytuje 12 analogových vstup˚u. Poˇzadované rozhran´ı CAN bylo poskytováno rozˇsiˇruj´ıc´ım modulem. Pro vývoj je k dispozici vývojové prostˇred´ı Arduino IDE.

Tohoto prostˇred´ı bylo vyuˇzito pˇr´ı v´yvoji firmwaru.

Obrázek 1.1: Vývojová deska Arduino Due [33]

1.4 Poˇ zadavky na displej

Rozhran´ı

Jedn´ım z prvn´ıch poˇzadavk˚u na displej bylo, aby podporoval komunikaci po sbˇernici CAN. Toto vyplynulo jiˇz ze samotného zadán´ı práce, resp. zamýˇsleného vyuˇzit´ı displeje Po proveden´ı poˇcáteˇcn´ı reˇserˇse se ukázalo, ˇze moˇzná bude potˇreba z tohoto poˇzadavku slevit. A to z d˚uvodu, ˇze se na trhu nenacházelo velké mnoˇzstv´ı displej˚u, které by podporovaly komunikaci pomoc´ı CAN protokolu a zároveˇn by splˇnovaly i dalˇs´ı z poˇzadavk˚u. Také bylo usouzeno, ˇze bude lepˇs´ı se zamˇeˇrit nejdˇr´ıve na kvalitu displeje jako takového a aˇz následnˇe ˇreˇsit, zda mimo bˇeˇzné komunikace po sériové lince podporuje i komunikaci po sbˇernici CAN. A tak v pˇr´ıpadˇe nale- zen´ı dostateˇcnˇe kvalitn´ıho a vyhovuj´ıc´ıho displeje, který by neumoˇzˇnoval komunikaci po CAN sbˇernici, by byl tento nedostatek vyˇreˇsen vytvoˇren´ım pˇrevodn´ıku. Toto roz- hodnut´ı znaˇcnˇe rozˇs´ıˇrilo mnoˇzstv´ı displej˚u, ze kterých bylo následnˇe moˇzné vyb´ırat.

(14)

Velikost

Výbˇer vhodné velikosti displeje byl také d˚uleˇzitý. Bylo potˇreba vybrat optimáln´ı velikost, aby byla zajiˇstˇena dostateˇcná viditelnost a ˇcitelnost údaj˚u. Zároveˇn vˇsak nesmˇel být tento displej pˇr´ıliˇs velký. Jako vhodné se zde ukázaly displeje o úhlopˇr´ıˇckách 5”a 7”palc˚u. V úvahu by také pˇricházely extra ˇsirokoúhlé displeje.

Odolnost

Vybraný displej mus´ı být odolný v˚uˇci r˚uzným druh˚um ruˇsen´ı. Tento problém vˇsak vyˇreˇsilo jiˇz to, ˇze výsledný displej byl vyb´ırán z kategorie HMI displej˚u. Tyto displeje jsou urˇceny primárnˇe pro pouˇzit´ı v továrnách, kde se s moˇznost´ı ruˇsen´ı jiˇz poˇc´ıtá.

U displeje je také d˚uleˇzitá teplotn´ı odolnost. Pro pˇr´ıpad této práce by vyhovovala teplotn´ı odolnost v rozsahu -30–80^◦C.

Sv´ıtivost

Dalˇs´ım d˚uleˇzitým parametrem byla sv´ıtivost displeje. Vybraný displej musel poskytoval dostateˇcnou m´ıru sv´ıtivosti pro zajiˇstˇen´ı dobré ˇcitelnosti i pˇri vysokém okoln´ım svˇetle ˇci pˇr´ımém sluneˇcn´ım záˇren´ı. Jako minimáln´ı hranice, zde byla urˇcena sv´ıtivost 1000 cd/m². Displej by mˇel dále umoˇzˇnovat nastaven´ı intenzity sv´ıtivosti.

Napˇr´ıklad v noci ˇci v prostˇred´ı tunelu tuto sv´ıtivost redukovat na pro ˇridiˇce pˇr´ıjemnou intenzitu. U displeje byl také poˇzadován dobrý pozorovac´ı úhel. Za displej takový by ˇslo v tomto pˇr´ıpadˇe oznaˇcit kaˇzdý s pozorovac´ım úhlem 120^◦a výˇse.

Cena

Posledn´ı aspektem pˇri výbˇeru byla cena. Zde bylo vhodné udrˇzet maximáln´ı cenu displeje do 200 USD. Vysoká cena by pak zp˚usobila pˇr´ıliˇsné zvýˇsen´ı náklad˚u na výrobu výsledného elektromobilu.

1.5 Displeje dostupn´ e v nab´ıdce na trhu

Jedn´ım z úkol˚u této práce byl výbˇer displeje, který by byl vhodný pro vyuˇzit´ı v malém mˇestském elektromobilu. Pˇri výbˇeru displeje bylo vhodné se pohybovat v oblasti HMI displej˚u. V této reˇserˇsi je uveden výˇcet displej˚u dostupných na trhu.

Mezi tˇemito displeji je i nˇekolik pouze pro zaj´ımavost a ukázku, co vˇse je v této dobˇe dostupné. Nˇekteré z n´ıˇze uvedených displej˚u nab´ız´ı i dotykové rozhran´ı, coˇz ale nebylo vyˇzadováno.

HMI

Zkratku HMI by ˇslo pˇreloˇzit jako rozhran´ı mezi strojem a ˇclovˇekem. HMI displeje poskytuj´ı textový ˇci grafický pohled na stav systému a operac´ı, které na nˇem prob´ıhaj´ı. Pomoc´ı HMI lze tak stroje (systémy) monitorovat, kontrolovat jejich stav

(15)

a mnoho dalˇs´ıch akc´ı. Tyto displeje jsou pouˇz´ıvány napˇr´ıklad ve výrobn´ıch halách jako grafické rozhran´ı jednotlivých stroj˚u. [31]

Pˇreddefinovan´e displeje

Dalˇs´ım druhem displej˚u jsou displeje, na kterých je forma grafického výstupu jiˇz pˇreddefinována. A to at’ uˇz ve formˇe pevného textového ˇci ˇc´ıselného výstupu, nebo ve formˇe kontrolek. U tˇechto displej˚u pak staˇc´ı pouze provést jeho správné pˇripojen´ı. Bohuˇzel zde nen´ı moˇznost vlastn´ı grafické úpravy. Tento typ displej˚u nebyl ani uvaˇzován pro vývoj, slouˇz´ı pouze jako ukázka. Takový typ by ˇslo napˇr´ıklad pouˇz´ıt v pˇr´ıpadˇe, kdy výrobci automobilu postaˇc´ı graficky jednoduˇsˇs´ı a zároveˇn levnˇejˇs´ı alternativa. Na následuj´ıc´ıch obrázc´ıch budou zobrazeny nˇekteré z pˇreddefinovaných displej˚u.

Obr´azek 1.2: Displej od spoleˇcnosti Acewell [16]

(16)

Obr´azek 1.3: Displej od spoleˇcnosti SiAECOSYS [17]

Obr´azek 1.4: Displej od spoleˇcnosti QSMOTOR [18]

Obr´azek 1.5: Displej od spoleˇcnosti Xingyuhe [19]

(17)

Bafang 850C

Hlavn´ım zamˇeˇren´ım tohoto displeje jsou elektrická kola. Zde slouˇz´ı pro zobrazen´ı informac´ı cyklist˚um. Displej disponuje IPS panelem, jehoˇz úhlopˇr´ıˇcka je 3,2”, coˇz je vzhledem k oblasti jeho vyuˇzit´ı vyhovuj´ıc´ı. Dále podporuje komunikaci pomoc´ı CAN protokolu, vyhovuje certifikaci IP65 a jeho provozn´ı teplota je výrobcem urˇcena v rozmez´ı -20^◦C - 70 ^◦C. Cena tohoto displeje se pohybuje okolo 85 USD.

Tabulka 1.1: Bafang 850C parametry

Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena

3,2” -20^◦C aˇz 70^◦C CAN — 85 USD

Obr´azek 1.6: Bafang 850C [3]

1.5.1 Wecon PI 7 inch HMI : PI8070

Tento HMI displej disponuje panelem s 16 miliony barev o ´uhlopˇr´ıˇcce 7 palc˚u.

Zaˇr´ızen´ı umoˇzˇnuje komunikaci pomoc´ı sbˇernice CAN. Mezi dalˇs´ı rozhran´ı patˇr´ı sériové COM porty, Ethernet a USB. Základn´ı pamˇet’ typu FLASH o velikosti 2 GB je moˇzné rozˇs´ıˇrit pomoc´ı SD karty aˇz o 32 GB. Dále tento displej splˇnuje certifikaci IP65 ovˇsem pouze z pˇredn´ı strany.[5]

PIStudio

Toto vývojové prostˇred´ı je pˇr´ımo od výrobce displeje Wecon. Nab´ız´ı také mnoˇzstv´ı jiˇz pˇredpˇripravených prvk˚u, které lze jednoduˇse pouˇz´ıt. U nˇekterých je i moˇznost ˇcásteˇcného pˇrizp˚usoben´ı pˇr´ımo z vývojového prostˇred´ı.

(18)

Tabulka 1.2: Wecon PI8070 parametry

Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena 7” -10^◦C aˇz 60^◦C

Ethernet, USB CAN, COM,

250 220 USD

Obr´azek 1.7: Wecon PI 7 inch HMI : PI8070 [5]

1.5.2 Micromedia HMI 7

Jedná se o HMI displej s úhlopˇr´ıˇckou 7 palc˚u vybavený panelem Riverdi s barevnou hloubkou 16,7 milionu. Tento displej je vyrábˇen srbskou spoleˇcnost´ı Mikroe.

Tato spoleˇcnost se zabývá produkc´ı celé ˇrady nástroj˚u pro vˇsechny hlavn´ı architek- tury mikrokontrolér˚u. Intern´ı pamˇet’ 8 MB lze d´ıky pˇr´ıtomnosti slotu na mikroSD kartu dále rozˇs´ıˇrit. U tohoto konkrétn´ıho modelu se jedná o displej bez dotykového panelu, coˇz je ale s ohledem na jeho plánované vyuˇzit´ı dostaˇcuj´ıc´ı. V následuj´ıc´ı tabulce1.3 jsou uvedeny parametry daného displeje. Jako vývojový nástroj pro displeje firmy Mikroe jsou k dispozici kompilátory pro programovac´ı jazyky C, Pascal a Visual Basic. K vyuˇzit´ı vˇsech periférii je zapotˇreb´ı rozˇsiˇruj´ıc´ı deska, která obsahuje mimo jiné i porty microUSB a RJ-45. Pomoc´ı této desky lze k displeji napˇr´ıklad pˇripojit zaˇr´ızen´ı, které komunikuje po sbˇernici CAN nebo po sériové lince.[1]

Visual TFT

Visual TTF je samostatná aplikace pouˇz´ıvána pro rychlý vývoj GUI (grafických uˇzivatelských rozhran´ı) pro displeje. Tato aplikace generuje kód kompatibiln´ı s kom- pilátory (microC, microBasic, microPascal). Software nab´ız´ı uˇzivatelsky pˇrivˇetivé a pˇrehledné prostˇred´ı. Dále obsahuje mnoho drag-and-drop komponent, d´ıky ˇcemuˇz lze vyuˇzit pro rychlé vytváˇren´ı aplikac´ı.[21]

(19)

Tabulka 1.3: Mikromedia HMI 7”parametry

7” -10^◦C aˇz 60^◦C CAN, COM 400 151 USD

Obr´azek 1.8: Mikromedia HMI 7 [1]

1.5.3 Weintek eMT3070B

Spoleˇcnost Weintek je pˇredn´ım svˇetovým výrobcem HMI. Tento displej je vybaven panelem o úhlopˇr´ıˇcce 7 palc˚u s barevnou hloubkou 16,7 milionu. Dále tento displej disponuje certifikac´ı IP66 z jeho pˇredn´ı strany. Intern´ı pamˇet’ o velikosti 256 MB je moˇzné rozˇs´ıˇrit d´ıky slotu na SD/SDHC kartu. Displej dále disponuje porty CAN, COM, Ethernet a USB. K vytváˇren´ı aplikac´ı pro tento displej je výrobce dodáváno vývojové prostˇred´ı Easy Builder PRO.[22]

Easy Builder PRO

Tento program nab´ız´ı pˇr´ıvˇetivé prostˇred´ı pro vývoj HMI aplikac´ı. Mezi jeho pˇrednosti patˇr´ı napˇr´ıklad rychlá zmˇena c´ılového HMI. Je tak moˇzné jen d´ıky pár krok˚um spustit projekt na r˚uzných HMI s r˚uznými velikostmi displeje. V neposledn´ı ˇradˇe je moˇzné provádˇet i simulace bez nutnosti pˇripojen´ı k HMI ˇci PLC. A také toto prostˇred´ı umoˇzˇnuje velké moˇznosti v pˇrizp˚usoben´ı jednotlivých prvk˚u pˇr´ımo z vývojového prostˇred´ı bez potˇreby psan´ı zdrojového kódu, ˇci nutnosti vytváˇren´ı

(20)

Tabulka 1.4: Weintek eMT3070B parametry

Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena 7” -20^◦C aˇz 50^◦C CAN, COM, Ethernet 500 570 USD

Obr´azek 1.9: Weintek eMT3070B [2]

1.5.4 Myir MY-EVC5100S-HMI

MYIR Tech je globáln´ı poskytovatel ARM hardware a softwarových nástroj˚u.

Tento displej je opatˇren panelem o úhlopˇr´ıˇcce 7 palc˚u. Základn´ı pamˇet’ 256 MB je moˇzné dále rozˇs´ıˇrit TF kartou. D´ıky tomu, ˇze zaˇr´ızen´ı je oznaˇcené jako Linux- ready je moˇzné pro vývoj aplikac´ı vyuˇzit vývojové prostˇred´ı Qt. Displej disponuje mnoˇzstv´ım rozhran´ı. Mezi tato rozhran´ı patˇr´ı CAN, COM, Ethernet, USB, Wifi ˇci bluetooth. Displej umoˇzˇnuje také moˇzné vloˇzen´ı SIM karty.[23]

Qt

Qt je uˇzivatelsky pˇr´ıvˇetivé vývojové prostˇred´ı, které umoˇzˇnuje tvorbu vlastn´ıch aplikac´ı. Qt je kompletn´ı sada nástroj˚u s rozsáhlými knihovnami a uˇzivatelsky pˇr´ıvˇetivými nástroji pro návrh designu. [11]

Tabulka 1.5: Myir MY-EVC51000S-HMI parametry

4G, WIFI, Bluetooth CAN, COM, Ethernet,

1000 239 USD

(21)

Obr´azek 1.10: Myir MY-EVC5100S-HMI [10]

1.5.5 AMETEK VIS’ C-COM 7GT

Tento displej je vybaven panelem o velikosti ´uhlopˇr´ıˇcky 7”a barevnou hloubku 262 tis´ıc barev. Provozn´ı i skladovac´ı teplota tohoto displeje je v rozmez´ı -40 ^◦C - 85^◦C. D´ale splˇnuje certifikaci IP67 a to jak z pˇredn´ı, tak i ze zadn´ı strany displeje.

Mezi rozhran´ı, kter´a tento displej podporuje, patˇr´ı CAN, USB, Ethernet.[24]

Qt

K vývoji aplikac´ı pro tento displej je moˇzné pouˇz´ıt nástroj Qt. Tento nástroj je jiˇz struˇcnˇe popsán výˇse.1.5.4

Tabulka 1.6: Ametek parametry

Ethernet CAN, COM,

800 — USD

(22)

Obr´azek 1.11: AMETEK VIS’ C-COM 7GT [4]

1.5.6 Opus A6 ECO BASIC (G2)

Dalˇs´ı displej s velikost´ı ´uhlopˇr´ıˇcky 7”. Provozn´ı teplota tohoto displeje je od -30

◦C do 65^◦C. Tento displej nab´ız´ı USB rozhran´ı a vnitˇrn´ı ´uloˇziˇstˇe o velikosti 2 GB.

Mezi dalˇs´ı podporovan´a rozhran´ı patˇr´ı CAN, COM a Ethernet.[25]

Wachendorff projektor tool

V r´amci tohoto n´astroje je pro tento displej k dipozici mnoˇzstv´ı wigdet˚u pˇr´ımo z oblasti automobil˚u.

Tabulka 1.7: Opus A6 parametry

Ethernet CAN, COM,

400 1315 USD

(23)

Obr´azek 1.12: Opus A6 ECO Basic [6]

1.5.7 Riverdi RiTFT-50-IOT-CAP

Tento displej od spoleˇcnosti Riverdi je spoleˇcnost´ı uvádˇen jako prvn´ı na trhu s oznaˇcen´ım IoT. Panel má úhlopˇr´ıˇcku 5”. Mezi rozhran´ı, která tento displej podporuje, patˇr´ı Wifi, bluetooth a USB. Displej je moˇzné programovat v jazyce python a pro tento pˇr´ıpad je k dispozici Zerynth studio, jehoˇz integrovanou licenci jiˇz displej obsahuje.[26]

Zerynth studio

Zerynth studio je vývojové prostˇred´ı pro programován´ı zaˇr´ızen´ı v programovac´ım jazyce python. Mezi výhody tohoto prostˇred´ı patˇr´ı automatické rozeznán´ı a nastaven´ı zaˇr´ızen´ı, kde nen´ı potˇreba ˇzádné nastavován´ı. Dále nab´ız´ı jednodu- chou virtualizaci zaˇr´ızen´ı a nahrán´ı programu. V tomto prostˇred´ı nejsou k dispozici pˇreddefinované souˇcásti a tak je potˇreba realizovat grafiku jen z prostˇred´ı zdrojového kódu.

Tabulka 1.8: RiTFT-50-IOT-CAP parametry

Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena 5” -20^◦C - 70^◦C

USB Wifi, Bluetooth,

510 109 USD

(24)

Obr´azek 1.13: RiTFT-50-IOT-CAP [7]

1.5.8 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR

Displej od spoleˇcnosti 4D systems je vybaven panelem od úhlopˇr´ıˇcce 5”. Výrobce poskytuje k tomuto displeji Arudiono Adaptor Shield, který nab´ız´ı rychlé a jedno- duché rozhran´ı k r˚uzným typ˚um desek Arduino. Tento displej je dále vybaven slotem na SD kartu pro rozˇs´ıˇren´ı vnitˇrn´ı pamˇeti.[27]

4D Workshop4

Vývojové prostˇred´ı 4D Workshop je vyv´ıjené spoleˇcnost´ı 4D systems. V rámci tohoto prostˇred´ı je k dispozici spousta pˇreddefinovaných prvk˚u pro snadné pouˇzit´ı.

Tabulka 1.9: 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR parametry Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena

5” -20^◦C aˇz 70^◦C I2C, SPI 820 129 USD

(25)

Obr´azek 1.14: 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR [8]

1.5.9 Grayhill 3D70

Uhlopˇr´ıˇ´ cka panelu displeje je 7”. Pˇrednost´ı tohoto panelu je zejména jeho vysoká sv´ıtivost. Za zm´ınˇen´ı stoj´ı také to, ˇze tento displej splˇnuje specifikaci IP67 a to jak z pˇredn´ı tak i ze zadn´ı strany. Mezi rozhran´ı, která jsou t´ımto displejem podpo- rována, patˇr´ı CAN, USB, Ethernet. Dále displej obsahuje 4 GB pamˇeti. Pro vývoj jsou k dispozici r˚uzné aplikace mezi které napˇr´ıklad patˇr´ı Codesys, VUI Builder a Qt. [28]

Qt

Toto vývojové prostˇred´ı je jiˇz struˇcnˇe popsané v dˇr´ıvˇejˇs´ı ˇcásti této reˇserˇse.1.5.4 Tabulka 1.10: Grayhill 3D70 parametry

COM, Ethernet CAN, USB,

1000 560 USD

(26)

Obr´azek 1.15: Grayhill 3D70 [9]

1.5.10 Nextion NX8048P070-011C-Y

Tento displej je vybaven dotykov´ym panelem o ´uhlopˇr´ıˇcce 7”65 tis´ıci barvami.

Displej umoˇzˇnuje komunikaci po sériové lince. Konkrétnˇe tento displej pocház´ı série oznaˇcované výrobce jako Intelligent. Mimo této série jsou k dispozici série Basic a Enhanced. Tyto série jsou rozliˇseny výkonost´ı hardwaru. Displej je vybaven vnitˇrn´ı pamˇet´ı o velikosti 120 MB. Dále je k dispozici slot pro SD kartu na pˇr´ıpadné rozˇs´ıˇren´ı pamˇeti.[29]

Nextion Editor

Nextion editor slouˇz´ı pro vývoj grafických prostˇred´ı. I v rámci tohoto prostˇred´ı jsou k dispozici jiˇz pˇredpˇripravené widgety, které lze následnˇe r˚uznˇe modifikovat.

Tabulka 1.11: Nextion NX8048P070-011C-Y parametry Uhlopˇr´ıˇ´ cka Provozn´ı teplota Rozhran´ı Sv´ıtivost [cd/m²] Cena

7” -20^◦C aˇz 75^◦C COM 300 104 USD

(27)

Obr´azek 1.16: Nextion NX8048P070-011C-Y [20]

1.5.11 STM32H747I-DISCO

V základn´ı verzi je tento kit vybaven displejem o velikosti 4”. Tento kit nab´ız´ı ˇsirokou ˇskálu podporovaných rozhran´ı. Mezi tato rozhran´ı patˇr´ı CAN, Ethernet, slot pro SD kartu, microUSB a dalˇs´ı. Nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı vlastnost´ı tohoto kitu je pod- pora komunikace po sbˇernici CAN. Displej je v rámci tohoto kitu pˇripojen pomoc´ı MIPI^R DSI rozhran´ı. Prostˇrednictv´ım tohoto rozhran´ı je moˇzné pˇripojen´ı displej˚u aˇz s rozliˇsen´ım 720p. Pro tvorbu aplikaci je dispozici celá ˇrada vývojových nástroj˚u.

Jedná se napˇr´ıklad o vývojová prostˇred´ı Keil uVision, TouchGFX Environment, Embeded Wizard studio.[30]

TouchGFX Designer

Vývojové prostˇred´ı TouchGFX Designer je jednoduché a uˇzivatelsky pˇrivˇetivé.

V základu nab´ız´ı mnoˇzstv´ı jiˇz definovaných widget˚u, které lze pouˇz´ıt, bez potˇreby psan´ı kódu. Prostˇred´ı nab´ız´ı i jistou moˇznost pˇrizp˚usoben´ı tˇechto widget˚u, kdy stále nen´ı nutnost psan´ı jakékoliv kódu. Ale v pˇr´ıpadˇe nároˇcnˇejˇs´ıch poˇzadavk˚u je jiˇz potˇreba zásah i do oblasti kódu.

Tabulka 1.12: STM32H747I-DISCO parametry

COM, Ethernet

USB, — 100 USD

(28)

Obr´azek 1.17: STM32H747I-DISCO [12]

Displej pro STM32H747I-DISCO

Jako vhodný displej, který by mohl slouˇzit po pˇripojen´ı k tomu kitu jako fináln´ı varianta se jevil displej od spoleˇcnosti Winstar. Tento displej disponuje sv´ıtivost´ı 1100 cd/m2. Dále výrobce uvád´ı, ˇze displej je ˇcitelný z kaˇzdého úhlu. Teplotn´ı odolnost displeje -30–80 ^◦C. Displej je vybaven vstupem LVDS. Jelikoˇz vývojáˇrský kit poskytuje MIPI^R DSI bude zapotˇreb´ı vyuˇzit´ı pˇrevodn´ık mezi tˇemito rozhran´ımi.[32]

Tabulka 1.13: Winstar WF70A8SYAHLNN0

7” -30^◦C aˇz 80^◦C LVDS 1100 25 USD

(29)

Obr´azek 1.18: Winstar WF70A8SYAHLNN0 [32]

1.6 Tipy pro v´ yvoj grafiky HMI displej˚ u

Udrˇzovat jednoduchost

Pro vytváˇren´ı vysoce výkonné HMI aplikace je d˚uleˇzité udrˇzovat jednoduchost.

To zahrnuje zobrazen´ı pouze toho, co je pro uˇzivatele d˚uleˇzité. Neoˇcekávat, ˇze uˇzivatel bude vˇedˇet, co jednotlivé hodnoty v rámci procesu znamenaj´ı, na m´ısto toho vhodnˇe tyto hodnoty zobrazit do správnˇe zvoleného rozmez´ı.[13]

Dodrˇzet jednoduchost bude ˇzádouc´ı i v rámci této práce. Nejdˇr´ıve si zvolit nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı z prvk˚u, které bude potˇreba zobrazit pro uˇzivatele. Poté provést zhod- nocen´ı pˇrehlednosti.

Konzistentnost

Pokud jsou jiˇz napˇr´ıklad v továrnˇe k dispozici jiná HMI, tak bude vhodné, aby novˇe vytváˇrený systém byl co nejv´ıce podobný tˇem stávaj´ıc´ım. At’ uˇz se jedná o um´ıstˇen´ı ovládac´ıch prvk˚u, pouˇzité barevné schéma, a dalˇs´ı. Pokud se jedná

(30)

pˇr´ıpadˇe je potˇreba dodrˇzovat nˇejakou formu konzistence alespoˇn mezi jednotliv´ymi obrazovkami.[13]

V pˇr´ıpadˇe této práce bude moˇzné povaˇzovat za jistou formu inspirace zvyklosti z jiných automobil˚u a to, at’ elektrických, tak klasických se spalovac´ım motorem.

Nebylo by totiˇz rozumné vnáˇset nˇejakou vlastn´ı formu rozloˇzen´ı, která se nebude ale- spoˇn ˇcásteˇcnˇe podobat zaˇzitému standardu. Nebo napˇr´ıklad vymýˇslet úplnˇe vlastn´ı reprezentaci r˚uzných prvk˚u.

Pouˇzit´ı pˇrimˇeˇren´eho poˇctu barev

Zvolit vhodný poˇcet barev, aby bylo umoˇznˇeno efektivnˇe zachytit pozornost uˇzivatele. Napˇr´ıklad barvy urˇcené pro upozornˇen´ı by mˇely být pouˇz´ıvány pouze za t´ımto úˇcelem.[13]

Toto doporuˇcen´ı by se dalo pˇrevz´ıt i pro pˇr´ıpad této práce. Výsledná grafická podoba by tak mˇela vyuˇz´ıt pˇrimˇeˇreného poˇctu barev. D´ıky tomuto pak p˚ujdu jasnˇe a zˇretelnˇe upozornit uˇzivatele, v tomto pˇr´ıpadˇe ˇridiˇce, napˇr´ıklad na nutnost nabit´ı akumulátoru, ˇci jiného technického problému.

1.7 Osvˇ edˇ cen´ e postupy pˇ r´ı v´ yvoji grafiky ˇ r´ıd´ıc´ıho syst´ emu HMI

Pˇresnost

Pˇri vytváˇren´ı grafiky je d˚uleˇzité zaˇc´ıt s aktualizovanými poˇzadavky a pˇresnými informaci ohlednˇe vytváˇrené aplikace. Vytváˇren´ı neaktuáln´ı ˇci nepˇresné grafiky bude m´ıt za následek nutnost pˇrepracován´ı a m˚uˇze vést i ke zmatku.[14]

Toto doporuˇcen´ı by mˇelo být snad nezbytnost´ı, plat´ıc´ı obecnˇe pro vˇetˇsinu projekt˚u. V této práci bude vhodné zaˇc´ıt nejdˇr´ıve jen s náˇcrtem na pap´ır, který by se následnˇe mohl pˇrenést do samotné grafiky displeje. Zde by se nejdˇr´ıve vyˇreˇsilo, zda lze vˇsechny poˇzadované prvky um´ıstit na obrazovku v rozumné velikosti. Pokud by se nepodaˇrilo úspˇeˇsnˇe um´ıstit vˇsechny poˇzadované prvky, pˇriˇslo by na ˇradu nejdˇr´ıve zmenˇsen´ı v nˇejakém pomˇeru, pˇr´ıpadnˇe by pak muselo doj´ıt k odebrán´ı urˇcitých prvk˚u a jejich pˇresunut´ı na dalˇs´ı obrazovku.

Vizu´aln´ı logika

Jako dalˇs´ı je potˇreba promyslet nejlepˇs´ı logické rozvrˇzen´ı proces˚u do grafiky. Zde se typicky pouˇz´ıvá rozdˇelen´ı jednotlivého procesu do v´ıce oblast´ı. Tyto oblasti pak reprezentuj´ı jednotlivé ˇcásti tohoto procesu. Grafika v celkovém náhledu by mˇela zobrazovat vˇsechny interakce mezi vˇsemi zaˇr´ızen´ımi a k tˇemto interakc´ım zobrazit pouze nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı informace. Z toho celkového zobrazen´ı by mˇel být umoˇznˇen pˇr´ıstup k detailnˇejˇs´ım informac´ım ohlednˇe kaˇzdé z interakc´ı.[14]

(31)

Pouˇzit´ı animac´ı

Animace obecnˇe v grafice vˇzdy zaujmou. V pˇr´ıpadˇe grafiky HMI by nemˇelo být dovoleno, aby tyto animace zp˚usobovaly jakékoliv rozptýlen´ı uˇzivatele. Také by mˇely být zobrazeny pouze nezbytné informace. Uˇzivatel se totiˇz potˇrebuje v prvé ˇradˇe zamˇeˇrit na sledován´ı stavu procesu.[14]

Doporuˇcen´ı bude urˇcitˇe vhodné dodrˇzet i v rámci návrhu grafiky potˇrebného pro tuto práci. Jelikoˇz uˇzivatel, v tomto pˇr´ıpadˇe ˇridiˇc, ocen´ı v´ıce zobrazen´ı stavu baterie a upozornˇen´ı na nutnost dobyt´ı, m´ısto animace, zda je automobil v pohybu. Tato informace by byla na displeji na úkor viditelnost ostatn´ıch a pro ˇridiˇce d˚uleˇzitˇejˇs´ıch prvk˚u.

1.8 CAN Bus

CAN (Controler Area Network) je robustn´ı standard sbˇernice pouˇz´ıvaný ve vo- zidlech. Zjednoduˇsenˇe by se dalo CAN sbˇernici pˇrirovnat k nervovému systému automobilu, který umoˇzˇnuje komunikaci mezi vˇsemi jeho ˇcástmi. V pˇr´ıpadˇe automobilu jsou tˇemito ˇcástmi jednotlivá ECU (Electronic Control Unic). ECU je zabudovaný systém v automobilové elektronice, který ˇr´ıd´ı jeden ˇci v´ıce elektrických systému nebo subsystému ve vozidle. Napˇr´ıklad airbagy, audiosystém nebo manage- ment baterie. Modern´ı vozidla mohou m´ıt aˇz 80 takovýchto ECU. Protokol sbˇernice CAN pak umoˇzˇnuje komunikaci navzájem mezi jednotlivými systémy. Odpadá tak potˇreba realizace vyhrazených linek mezi kaˇzdým z tˇechto systém˚u. Zároveˇn je d´ıky propojen´ı pomoc´ı této sbˇernice umoˇznˇeno, aby jednotlivá ECU pouˇz´ıvala informace z ostatn´ıch, coˇz eliminuje potˇreby instalace senzor˚u stejného zamˇeˇren´ı do v´ıce zaˇr´ızen´ı. Zde budou uvedeny hlavn´ıch výhody a d˚uvody, proˇc je tento standard vyuˇz´ıván. [15]

N´ızk´a cena

ECU komunikuj´ı pomoc´ı jediného rozhran´ı CAN. D´ıky ˇcemuˇz je zredukována výsledná cena, hmotnost i chybovosti.

Centralizace

Syst´em sbˇernice CAN umoˇzˇnuje centr´aln´ı diagnostiku chyb a konfiguraci vˇsech ECU.

Robustnost

Takovýto systém je odolný v˚uˇci elektrických poruchám a elektromagnetickému ruˇsen´ı, coˇz ho ˇcin´ı pro prostˇred´ı automobil˚u ideáln´ım.

(32)

Efektivn´ı

Priorita vys´ılaných CAN zprávy je rozliˇsena pomoc´ı ID. Zprávy s nejvyˇsˇs´ı prio- ritou z´ıskaj´ı pˇr´ıstup ke sbˇernici pˇrednostnˇe.

Flexibilita

Kaˇzdá jednotka ECU pˇripojená k CAN sbˇernici m˚uˇze pˇrij´ımat vˇsechny zprávy pˇrenáˇsené touto sbˇernic´ı. Pak se rozhoduje o relativnosti jednotlivých zpráv pro dané ECU a podle toto jsou data akceptována ˇci ignorována.

1.9 Popis demo-boardu

Pro pˇr´ıpad této práce byl vyuˇzit demo-board. Na obrázku 1.19 je vidˇet blokové schéma tohoto demo-boardu. V rámci této práce byla ˇreˇsena funkcionalita ˇci komunikace pro následuj´ıc´ı ˇcásti. Displeje (palubn´ı desky), ˇr´ıdic´ı jednotky, ovládac´ıch prvk˚u podvolantové jednotky (páˇcky smˇerovek, páˇcky stˇeraˇc˚u a ostˇrikovaˇc˚u a ovládán´ı me- chanismu zámk˚u.

Obrázek 1.19: Blokové schéma demo-boardu

(33)

1.9.1 Vstupy a v´ ystupy

Mezi jeden druhu signál˚u, které bylo potˇreba v tomto pˇr´ıpadˇe zpracovávat, patˇrily CAN zprávy. Tyto zprávy jsou pos´ılány po sbˇernici mezi ˇr´ıdic´ı jednotkou a displejem. Dalˇs´ım druhem zpracovávaných signál˚u byly signály silové. Tyto signály slouˇzily napˇr´ıklad pro obsluhu svˇetel pro denn´ı sv´ıcen´ı. Výstupy na tomto demo- boardu tvoˇrily koncové prvky. Mezi tyto prvky patˇrila: svˇetla smˇerovek, svˇetla pro denn´ı sv´ıcen´ı, motorek stˇeraˇc˚u, motorek ostˇrikovaˇc˚u a zámky. Tyto výstupy byly ovládány za pomoc´ı relé, pˇr´ıpadnˇe

”solid state rel´e“.

Obr´azek 1.20: Demo-board

(34)

2 Realizace grafiky a firmwaru

2.1 V´ ybˇ er a testov´ an´ı displej˚ u

Mikroe HMI 7”

Po proveden´ı poˇcáteˇcn´ı reˇserˇse displej˚u byl vybrán displej od spoleˇcnosti Mikro- elektronika. U tohoto displeje byla podle parametr˚u jediným moˇzným problémem pomˇernˇe malá sv´ıtivost jeho panelu. Pro úˇcel programován´ı tohoto displeje byl k dispozici kompilátor

”microC for FT90x“. Souˇcást´ı tohoto kompilátoru bylo i prostˇred´ı pro vytváˇren´ı grafického rozhran´ı. Prostˇred´ı jako celek se jevilo pˇrehlednˇe a pˇrivˇetivˇe.

Jako moˇzný problém se zde ukázala jeho dokumentace. V dokumentaci knihovny s funkcemi potˇrebnými pro komunikaci pomoc´ı CAN protokolu nebyl totiˇz u vˇetˇsiny z nich uveden konkrétn´ı pˇr´ıklad jejich vyuˇzit´ı. Naˇstˇest´ı zde bylo k dispozici nˇekolik pˇr´ıklad˚u od výrobce, které slouˇzily jako inspirace.

Nejdˇr´ıve byla do displeje nahrána aplikace pro otestován´ı. Toto probˇehlo bez komplikac´ı. Pro nahráván´ı zkompilovaného kódu zde slouˇzila aplikace USB HID Bootloader. Dalˇs´ı ˇcást´ı bylo otestován´ı komunikace po sbˇernice CAN. V rámci seznámen´ı se s displejem byla jako prvn´ı otestována komunikace po sériovém portu.

Toto testován´ı probˇehlo bez komplikac´ı. Následnˇe pˇriˇslo na ˇradu samotné otestován´ı komunikace po sbˇernici CAN, které ovˇsem dopadlo neúspˇechem. Stále totiˇz nebylo moˇzné v displeji pˇreˇc´ıst pˇrijaté CAN zprávy. Pro vys´ılán´ı CAN zpráv bylo pouˇzito vývojové desky Arduino Due vybavené pˇr´ısluˇsným vys´ılaˇcem. Zde bylo vyuˇzito i podpory ze strany výrobce, ale ani s touto pomoc´ı se CAN zprávy stále nedaˇrilo zpracovat nebo i jen ˇc´ıst jejich jednotlivé ˇcásti. Ohlednˇe grafických moˇznost´ı byl tento displej prozkoumám jen zbˇeˇznˇe. A ukázalo se, ˇze pro poˇzadovaný grafický design by bylo potˇreba vytvoˇren´ı ˇci ˇcásteˇcné upraven´ı jiˇz dostupných widget˚u. Dále testován´ı tohoto displeje jiˇz neprob´ıhalo.

Weintek eMT3070B

HMI displej od spoleˇcnosti Weintek byl dalˇs´ım testovaným. Zde byla vcelku snadno vyzkouˇsena komunikace po sbˇernici CAN, která na rozd´ıl od modelu uve- deného výˇse, fungovala bez problému. Vˇse ohlednˇe nastaven´ı a následného zobrazen´ı dat z CAN zprávy, bylo velice intuitivn´ı. V pˇr´ıpadˇe tohoto displeje tak staˇcilo provést jeho propojen´ı s CAN vys´ılaˇcem a ve vývojovém prostˇred´ı pˇridat nové lokáln´ı zaˇr´ızen´ı, které komunikuje po sbˇernici CAN. Následnˇe pak bylo moˇzné, jednoduˇse ˇc´ıst poˇzadovanou ˇcást CAN zprávy. Za zm´ınku dále stoj´ı vývojové prostˇred´ı, které

(35)

je uˇzivatelsky pˇr´ıvˇetivé a také obsahuje jiˇz spoustu pˇreddefinovaných prvk˚u. Tyto prvky dále nab´ızej´ı velkou variabilitu v moˇznostech jejich pˇrizp˚usoben´ı. Výhodou tohoto displeje byla robustn´ı konstrukce, jelikoˇz displej byl um´ıstˇen v kovovém ˇsasi. Jako nevýhoda se u tohoto displeje jeho pomˇernˇe vysoká cena, která by zne- snadˇnovala jeho pouˇzit´ı ve výsledném elektromobilu, a také jeho n´ızká sv´ıtivost.

4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR

Jako dalˇs´ı byl testován displej od spoleˇcnosti 4D Systems. Tento displej nab´ız´ı pouze komunikaci pomoc´ı sériové linky. Výrobce uvád´ı u tohoto displeje, ˇze disponuje vysokou sv´ıtivost´ı, coˇz by bylo pro pˇr´ıpad této práce ideáln´ı. Bohuˇzel se nepodaˇrilo uvést do provozu ani jeden ze dvou kus˚u tohoto displeje, které byly k dispozici a tak nebylo moˇzné ho nˇejakým zp˚usobem dále otestovat. Displej po pˇripojen´ı napájen´ı pouze problikával a tak byl hned ze zaˇcátku oznaˇcen za nevhodný a byl zam´ıtnut.

Riverdi RiTFT-50-IOT-CAP

Dalˇs´ım z testovaných byl displej od spoleˇcnosti Riverdi. Tento displej umoˇzˇnoval vývoj pomoc´ı r˚uzných vývojových prostˇred´ı. Zde bylo vyzkouˇseno nahrán´ı aplikace z vývojových prostˇred´ı Arduino IDE a také Zerynth Studio. V obou pˇr´ıpadech probˇehlo vˇse bez komplikac´ı. Tento displej vypadal jako pˇrijatelná varianta pro realizaci výsledného ˇreˇsen´ı. Nedostatek tohoto displeje spoˇc´ıval v nepˇr´ıtomnosti rozhran´ı CAN a také v jeho nepˇr´ıliˇs vysoké sv´ıtivosti. Kombinace tˇechto dvou nedostatk˚u vedla k hledán´ı dalˇs´ıch variant.

STM32H747I-DISCO

Po zkuˇsenostech z pˇredchoz´ıch HMI displej˚u pˇriˇsla na ˇradu tato varianta. V tomto pˇr´ıpadˇe se nejedná pˇr´ımo o HMI displej, ale o vývojáˇrský kit, který umoˇzˇnuje pˇripojen´ı panelu. Jelikoˇz tento kit disponuje rozhran´ım MIPI^R DSI, bylo moˇzné provést snadnou výmˇenu panelu na tomto kitu. D´ıky tomu bylo rozˇs´ıˇreno mnoˇzstv´ı panel˚u, ze kterých bylo moˇzné vyb´ırat. Tento kit byl také nakonec vybrán jako varianta pro fináln´ı ˇreˇsen´ı s t´ım, ˇze pro nˇej bude vybrán panel s dostateˇcnou sv´ıtivost´ı a pozorovac´ımi úhly. Dalˇs´ım d˚uvodem proˇc byl tento kit nakonec vybrán, byla pˇr´ıtomnost CAN sbˇernice.

Pro vývoj grafiky tohoto displeje bylo k dispozici hned nˇekolik vývojových prostˇre- d´ı. Jedna z variant, která byla k dispozici, bylo Embeded Wizzard studio. Toto vývojové prostˇred´ı se z poˇcátku jevilo jako dobrá varianta, i kdyˇz zp˚usob vytváˇren´ı aplikac´ı zde byl m´ırnˇe odliˇsný od vˇetˇsiny ostatn´ıch vývojových prostˇred´ı. Bylo zde ale k dispozici mnoˇzstv´ı pˇr´ıklad˚u a ukázek. Jako dalˇs´ı moˇznost pro vývoj grafiky byl nástroj TouchGFX Designer. Toto prostˇred´ı nab´ızelo klasický zp˚usob vývoje, kde byla k dispozici ˇcást pro grafický návrh zp˚usobem

”drag and drop“a k n´ı náleˇzej´ıc´ı zdrojový kód. Pro vytvoˇren´ı uˇzivatelského rozhran´ı bylo nakonec zvoleno druhé jme- nované prostˇred´ı TouchGFX Designer.

(36)

2.2 N´ avrh grafiky

Dalˇs´ı ˇcást´ı této bakaláˇrské práce bylo navrˇzen´ı grafického rozhran´ı pro vybraný displej. Uˇz pˇri p˚uvodn´ım seznamován´ı se s displeji bylo jasné, ˇze budou u vˇetˇsiny z nich moˇznosti pˇredpˇripravených widget˚u nedostaˇcuj´ıc´ı. Zejména pak z pohledu jejich grafické stránky. Vˇetˇsina z nich totiˇz obsahovala pouze widgety jednoduchého vzhledu. Pro vytváˇre podoby wigdet˚u, která odpov´ıdala poˇzadavk˚um bylo vyuˇzito aplikace GNU Image Manipulation Program, zkrácenˇe GIMP.

Pˇri vytváˇren´ı grafického rozhran´ı bylo nejprve potˇreba si ujasnit, co uˇzivateli (ˇridiˇci) bude nutné zobrazovat. Jednalo se o aktuáln´ı rychlost vozidla, dojezd, pr˚umˇer- nou spotˇrebu, procenta zbývaj´ıc´ı baterie, aktuáln´ı vyuˇzit´ı motoru a pak r˚uzné signa- lizaˇcn´ı kontrolky jako jsou smˇerovky, signalizace poruchy motoru ˇci svˇetel a dalˇs´ı. Po ujasnˇen´ı tˇechto poˇzadavk˚u bylo moˇzné pˇristoupit k samotného vytváˇren´ı grafického rozhran´ı.

N´avrh ukazatel˚u

Jako prvn´ı z vyjmenovaných pˇriˇsla na ˇradu realizace vizualizace vyuˇz´ıvaného výkonu a dojezdu. Zde bylo jiˇz od zaˇcátku uvaˇzováno o vizualizaci ve formˇe, ja- kou je v automobilech reprezentován rychlomˇer a otáˇckomˇer. Prvn´ım zhotoveným návrhem, byl tento kruhový analogový ukazatel na obrázku2.1.

Obrázek 2.1: Návrh kruhového ukazatele

Dalˇs´ım z vytvoˇrených návrh˚u byl ukazatel p˚ulkruhový. Ten na rozd´ıl od kru- hové varianty poskytoval moˇznost vyuˇz´ıti i ˇcásti prostoru uvnitˇr tohoto ukazatele.

Na obrázku2.2 se nacház´ı jeho prvn´ı návrh.

(37)

Obrázek 2.2: Návrh p˚ulkruhového ukazatele

Následnˇe bylo vhodné vybrat jeden z tˇechto dvou návrh˚u a touto cestou pak pokraˇcovat. Jako varianta, která bude pouˇzita pro ˇreˇsen´ı a zároveˇn tak i pro dalˇs´ı vývoj, byla zvolena varianta p˚ulkruhového ukazatele. Na dalˇs´ıch obrázc´ıch bude zobrazen postupný vývoj a úpravy tohoto ukazatele.

V dalˇs´ım návrhu, který je zobrazen na obrázku 2.3, bylo provedeno drobné zmenˇsen´ı celého ukazatele a zvˇetˇsen´ı ˇc´ıslic. Tento ukazatel vypadal uˇz o poznán´ı lépe, jak varianta pˇredchoz´ı. Bohuˇzel zde zvˇetˇsen´ı ˇc´ıslic zlepˇsilo viditelnost ovˇsem na úkor pˇrehlednosti. Ukazatel pak p˚usobil aˇz moc pˇreplnˇeným dojmem.

Obrázek 2.3: Vytváˇren´ı p˚ulkruhového ukazatele

Jako ˇreˇsen´ı tohoto nedostatku se nab´ızelo ponechán´ı jen nˇekterých ˇc´ısel. Po této

´

upravˇe vypadal ukazatel následovnˇe2.4. V tomto stavu jiˇz vypadá ukazatel o poznán´ı pˇrehlednˇeji, neˇz v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe. Tato varianta byla pak jistou dobu uvaˇzována jako fináln´ı.

(38)

Obrázek 2.4: Vytváˇren´ı p˚ulkruhového ukazatele II

Následnˇe byla provedena posledn´ı zmˇena v tomto ukazatele. Jelikoˇz byl tento ukazatel uvaˇzován pro vizualizaci dojezdové vzdálenosti automobilu, bylo potˇreba provést drobné úpravy. Tyto úpravy byly provedeny zejména pro usnadnˇen´ıˇcitelnosti a vylepˇsen´ı pˇrehlednosti tohoto ukazatele. Výsledná verze, která byla také nakonec pouˇzita pro fináln´ı realizaci je zobrazena na obrázku 2.5

Obrázek 2.5: Vytváˇren´ı p˚ulkruhového ukazatele III

V tomto stavu vypadal tento ukazatel ˇcitelnˇe a pˇrehlednˇe, ale zároveˇn nep˚usobil pˇreplnˇeným dojmem. Do ukazatele byly jeˇstˇe pˇridány popisky, aby bylo jasné, jaká data ukazatel zobrazuje. Vnitˇrn´ı ˇcást ukazatele bylo vyuˇzita pro zobrazen´ı procent zbývaj´ıc´ı baterie a vnˇejˇs´ı ˇcást, která byla vyplˇnována zelenˇe, slouˇzila pro zobrazen´ı zbývaj´ıc´ıho dojezdu automobilu v kilometrech.

Tento návrh ukazatele poslouˇzil i pro vytvoˇren´ı dalˇs´ı ˇcásti grafiky displeje. Jed- nalo se o druhý ukazatel, který byl urˇcen pro zobrazen´ı aktuáln´ıho vyuˇzit´ı motoru a jeho druhá polovina byla urˇcena pro zobrazen´ı, jak se v dobˇe, kdy nen´ı vyuˇz´ıván motor, dobij´ı akumulátor. Napˇr´ıklad v dobˇe brzdˇen´ı ˇc´ı j´ızdˇe z kopce. Tento ukazatel zobrazený na obrázku 2.6, byl aˇz na jeho znaˇcen´ı totoˇzný s ukazatelem, který

(39)

zobrazoval dojezd automobilu.

Obrázek 2.6: Vytváˇren´ı p˚ulkruhového ukazatele IV

V pr˚ubˇehu vytváˇren´ı bylo uvaˇzováno o zobrazen´ı stavu baterie v podobˇe at’ uˇz horizontáln´ı, ˇci vertikáln´ıho baru. Jedn´ım z moˇzných uvaˇzovaných zobrazen´ı stavu akumulátoru byl napˇr´ıklad formát zobrazený na obrázku2.7

Obrázek 2.7: Uvaˇzované zobrazen´ı stavu akumulátoru

Nakonec bylo ovˇsem zvoleno zobrazen´ı ve formˇe dvou stejnˇe stylizovaných ukazatel˚u. D´ıky tomuto formátu bylo dosaˇzeno stejnorodého vzhledu celé grafiky displeje, nam´ısto v´ıce rozliˇcnˇe stylizovaných ˇcást´ı.

(40)

Kontrolky

U vytváˇren´ı kontrolek nebyl pˇr´ıliˇsný prostor na kreativitu, jelikoˇz jsou v tomto znaˇcen´ı jiˇz zavedené nˇejaké standardy v oblasti automobil˚u a tak by bylo neˇzádouc´ı a nesmyslné provádˇet návrh jejich vlastn´ıho stylu. Jediné kontrolky, u kterých ˇslo pouˇzit alespoˇn z ˇcásti vlastn´ıho návrhu, byly kontrolky smˇerovek.

Kompletn´ı grafika displeje

Po vytvoˇren´ı vˇsech potˇrebných komponent, popsaných v pˇredchoz´ıch bodech, mohlo pˇrij´ıt na ˇradu jejich spojen´ı a realizace kompletn´ı grafiky. Vˇsechny komponenty spojené dohromady vypadaly pak následovnˇe viz obr. 2.8

Obrázek 2.8: Fináln´ı návrh grafiky displeje

Zde bude následovat popis jednotlivých ˇcást´ı jiˇz fináln´ı verze grafiky displeje.

Displej na obr´azku je zobrazen ve stavu, kdy jsou vˇsechny kontrolky rozsv´ıcen´e.

1. Zde jsou kontrolky prav´e a lev´e smˇerovky

2. Zobrazen´ı aktuálnˇe zaˇrazené rychlosti. Jelikoˇz se jedná o displej do elektromobilu nejsou zde klasické rychlosti, ale pouze p´ısmena D, R, P, N.

3. Kontrolky svˇetel. Prvn´ı je kontrolka spuˇstˇeného denn´ıho sv´ıcen´ı, druhá pak kontrolka svˇetel dálkových a posledn´ı je kontrolka mlhových svˇetel.

4. Zde se zobrazuje aktu´aln´ı rychlost vozidla.

5. ˇCervené a ˇzluté výstraˇzné kontrolky. Mezi nˇe patˇr´ı kontrolka zataˇzené ruˇcn´ı brzy, nezapnutých bezpeˇcnostn´ıch pás˚u, poruchy motoru, svˇetel ˇci nedostatku kapaliny v ostˇrikovaˇc´ıch.

6. Zde je zobrazena krátkodobá ujetá vzdálenost.

7. Pr˚umˇern´a spotˇreba elektˇriny na kilometr.

8. Pr˚umˇern´a rychlost automobilu.

9. Zde je zobrazena celková ujetá vzdálenost u které ˇridiˇc nemá moˇznost ji vynulo- vat.

(41)

10. Tento ukazatel bude zobrazovat dojezd v kilometrech v prostoru mezikruˇz´ı. Uv- nitˇr jsou pak zobrazena procenta zb´yvaj´ıc´ı baterie.

11. Tento ukazatel má dvˇe ˇcásti. Levá ˇcást zobrazuje rekuperaci energie. Práva ˇcást pak zobrazuje vyuˇzitý výkon motoru.

2.3 Firmware ˇ r´ıdic´ı jednotky

Dalˇs´ı ˇcást´ı bakaláˇrské práce bylo vytvoˇren´ı firmwaru, který se bude starat o ˇr´ızen´ı ovládac´ıch prvk˚u ve vozidle resp. na demo-boardu. Dále se bude tento firmware starat o komunikaci mezi ovládac´ımi prvky a displejem. Mezi tyto prvky jmenovitˇe patˇr´ı: smˇerovky, stˇeraˇce, zámky, ostˇrikovaˇce. Po proveden´ı poˇcáteˇcn´ıho pr˚uzkumu trhu, byla zvolena pro vývoj firmwaru vývojová deska Arduino Due. Tato deska je zaloˇzená na architektuˇre ARM a je moˇzné ji programovat pomoc´ı programovac´ıho jazyka C. Po úspˇeˇsném pˇripojen´ı této desky k demo-boardu bylo potˇreba namapo- vat vˇsechny vstupy a výstupy. Následnˇe uˇz bylo moˇzné zahájit vývoj samotného firmwaru.

? tení ze vstup?

Obsluha prvk?

(sm?rovek, st?ra??...) pomocí p?islu?ných funkcí

Odeslání CAN zpráv do displeje

Jsou n?jaké vstupy aktivní?

Ne

Ano

Obrázek 2.9: Zjednoduˇsený vývojový digram pro ˇr´ıdic´ı jednotku

Na obrázku2.9je zobrazen digram ˇr´ıdic´ı jednotky. Jedná pouze o zjednoduˇsenou verzi pro lepˇs´ı pˇredstavu, jak ˇr´ıdic´ı jednotka pracuje. Podrobnˇejˇs´ı popis jednotlivých funkc´ı, které slouˇz´ı pro obsluhu ovládac´ıch prvk˚u ve vozidle, se nacház´ı v kapitole

(42)

2.3.1 Ovl´ adac´ı prvky

Zde následuje výˇcet jednotlivých prvk˚u a struˇcný popis toho jaká funkcionalita k nim byla naprogramována a jak byla tato implementace ˇreˇsena. Na obrázku je pak zobrazen vývojový diagram tohoto firmwaru.

Smˇerovky

Prvn´ım z programovaných ovládac´ıch prvk˚u byly smˇerovky. Realizace ovládán´ı smˇerovek pˇriˇsla na ˇradu hned po prvotn´ım seznámen´ı s demo-boardem. Zde bylo základn´ı poˇzadavkem, aby byla ˇcást, která se bude starat o obsluhu smˇerovek vyˇreˇsena bez pouˇzit´ı funkc´ı, které by zp˚usobovaly zastaven´ı celého procesoru. V tomto pˇr´ıpadˇe to znamenalo vyvarovat se pouˇzit´ı ˇreˇsen´ı, která by byla zaloˇzena na funkci

”de- lay“. Tento poˇzadavek se podaˇrilo splnit za pomoci ˇcasovaˇc˚u. Výsledná funkˇcnost smˇerovek po naprogramován´ı pak zahrnovala jak klasické blikán´ı, tak i funkci komfortn´ıho blikán´ı.

Na demo-boardu bylo zap´ınan´ı a vyp´ın´an´ı svˇetel smˇerovek ˇr´ızeno pomoc´ı

”solid state relé“. V prostˇred´ı firmwaru pak vypadalo ˇreˇsen´ı veˇskeré logiky týkaj´ıc´ı se smˇerovek následovnˇe. Nejdˇr´ıve bylo potˇreba vyˇreˇsit klasickou funkci smˇerovek.

Tato funkce obnáˇsela ˇcten´ı ze správného vstupu a následné nastaven´ı pˇr´ısluˇsné hodnoty na výstup. V pˇr´ıpadˇe realizace komfortn´ıho blikán´ı musela být funkce staraj´ıc´ı se o ovládán´ı smˇerovek, rozˇs´ıˇrena a poupravena. Bylo zde provedeno pˇridán´ı

”counteru“a následné kontroly, zda po projit´ı poˇzadovaného poˇctu iterac´ı, je páˇcka ovládaj´ıc´ı smˇerovku stále ve stavu zapnuto. D´ıky tomuto

”counteru“bylo dosaˇzeno poˇzadovaného výsledku, kdy i po krátkém stisknut´ı páˇcky smˇerovek, byla zajiˇstˇena tˇri bliknut´ı.

Stˇeraˇce a ostˇrikovaˇce

Stˇeraˇce byly na demo-boardu reprezentovány pouze jejich motorkem, coˇz bylo ale pro potˇreby programován´ı dostaˇcuj´ıc´ı. Pro stˇeraˇce byly naprogramovány kla- sické funkce, bˇeˇznˇe známé z automobil˚u. Mezi tyto funkce patˇr´ı rychlé st´ırán´ı, po- malé st´ırán´ı, intervalové stˇeraˇce (v tomto pˇr´ıpadˇe se 4 intervaly) a dále také funkce setˇren´ı stˇeraˇc˚u 1x a nakonec i spuˇstˇen´ı ostˇrikovaˇc˚u s následným setˇren´ım. Pro stˇeraˇce byly k dispozici vstupy, které signalizovaly spuˇstˇen´ı daného reˇzimu stˇeraˇc˚u. Mimo tˇechto vstup˚u zde byl jeˇstˇe vstup, který signalizoval nulovou pozici stˇeraˇc˚u. Dále byl k dispozici výstup, který slouˇzil k zap´ınán´ı a vyp´ınán´ı motorku stˇeraˇc˚u.

Pˇri realizaci funkc´ı staraj´ıc´ıch se o obsluhu stˇeraˇc˚u bylo potˇreba vyˇreˇsit vrácen´ı stˇeraˇc˚u do nulové pozice. Pokud by toto nebylo bráno v úvahu, pak by byly stˇeraˇce vypnuty ihned po nastaven´ı páˇcky ovládán´ı stˇeraˇc˚u do defaultn´ı pozice. Toto by ve výsledku znamenalo, ˇze by bylo moˇzné, aby se stˇeraˇce zastavily napˇr´ıklad i uprostˇred ˇceln´ıho okna. Pro implementaci tohoto poˇzadavku bylo zapotˇreb´ı vyuˇz´ıt vstup iden- tifikuj´ıc´ı nulovou pozici stˇeraˇc˚u. Ve výsledku bylo pak za pomoci tohoto vstupu zajiˇstˇeno, ˇze i po vypnut´ı stˇeraˇc˚u pomoc´ı páˇcky z˚ustal motorek, který se staral o ovládán´ı stˇeraˇc˚u, v bˇehu do doby, neˇz byly stˇeraˇce zpˇet v nulové pozici.

(43)

Mezi dalˇs´ı funkcionalitu, které byly implementovány, patˇrilo i intervalové st´ırán´ı.

Intervaly se pˇrep´ınaly pˇrep´ınaˇcem, kter´y umoˇzˇnoval nastaven´ı celkem ˇctyˇr interval˚u.

Na demo-boardu byl vstup z tohoto pˇrep´ınaˇce pˇriveden na analogový. Následnˇe bylo provedeno rozdˇelen´ı hodnot, které byly ˇcteny z analogového vstupu, do ˇctyˇr pˇr´ısluˇsných interval˚u. Hodnoty udávaly nomináln´ı hodnotu napˇet´ı na tomto vstupu.

V pˇr´ıpadˇe funkce, která se starala o spuˇstˇen´ı ostˇrikovaˇc˚u a následného setˇren´ı, staˇcilo nastavit m´ırné zpoˇzdˇen´ı, neˇz byly spuˇstˇeny stˇeraˇce. Toto bylo provedeno z d˚uvodu, aby bylo zajiˇstˇeno, ˇze bude pˇred pˇr´ıpadných setˇren´ım na okno nanesen ˇcist´ıc´ı pˇr´ıpravek.

Z´amky

Mezi dalˇs´ı prvky, které byly k dispozici na demo-boardu, patˇrily elektronicky ovládané zámky. Pro zamˇcen´ı, resp. odemˇcen´ı, bylo potˇreba nastaven´ı dvou ˇcást´ı.

Prvn´ı ˇcást´ı byl mechanismus samotného zámku, kde se provedlo jeho zamˇcen´ı ˇci odemˇcen´ı. Druhou ˇcást´ı byl mechanismus, staraj´ıc´ı se o zajiˇstˇen´ı zámku po zamˇcen´ı, pˇr´ıpadnˇe odjiˇstˇen´ı pˇred odemˇcen´ım.

Pro ovládán´ı zámk˚u byla k dispozici na demo-boardu 3 relé, pomoc´ı jejichˇz výstup˚u se zámky ovládaly. Samotné nastaven´ı se pak provádˇelo nastaven´ım pˇr´ısluˇsné kombinace na jejich výstupech. Kombinac´ı se rozum´ı napˇr´ıklad nastaven´ı relé 1 a 2 do stavu logické jedniˇcky a relé 3 pak do stavu logické nuly. Po nastaven´ı pˇr´ısluˇsné kombinace a vyˇckán´ı v ˇrádu stovek milisekund, bylo zapotˇreb´ı vˇsechna relé nastavit zpˇet do stavu logické nuly. A aˇz následnˇe mohl být nastaven dalˇs´ı poˇzadovaný stav.

2.3.2 Komunikace ˇ r´ıdic´ı jednotky s displejem

Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, starost o ovládán´ı prvk˚u ve vozidle nebyla jediná funkce programované ˇr´ıdic´ı jednotky. Jej´ım dalˇs´ım úkolem bylo obstarán´ı komunikace mezi touto jednotkou a displejem. Tato komunikace prob´ıhala po sbˇernici CAN. Hlavn´ım

´

ukolem této komunikace bylo pˇredán´ı informac´ı o aktuáln´ım stavu prvk˚u na demo- boardu. Tento stav byl pˇredávám pomoc´ı CAN zpráv. Tyto zprávy byly pak v displeji zpracovány a podle jejich ID bylo rozhodnuto, ke které grafické ˇcásti daná zprava náleˇz´ı. Následnˇe pak mohl být aktualizován grafický výstup na displeji v závi- slosti na datech v dané CAN zprávˇe.

Identifikace CAN zpr´av

Jelikoˇz sbˇernice CAN je urˇcena pro vzájemnou komunikaci v´ıce jednotek v rámci vozidla, bylo vhodné odes´ılané CAN zprávy rozumnˇe oznaˇcit pro snadnˇejˇs´ı identi- fikaci. Jako nejjednoduˇsˇs´ı varianta se zde jevilo pomyslné rozdˇelen´ı ID CAN zpráv.

Jelikoˇz CAN ID je nejbˇeˇznˇeji reprezentováno 11 bity, bylo urˇceno logické rozdˇelen´ı na dvˇe ˇcásti. Jedna ˇcást se skládala z prvn´ıch tˇr´ı bit˚u a druhá ze zbývaj´ıc´ıch 8. D´ıky tomuto rozdˇelen´ı mohlo být v displeji snadno rozhodnuto, zda je tato zpráva urˇcena pro nˇej ˇci nikoli. V pˇr´ıpadˇe ˇze nebyla daná zpráva pro displej urˇcena tj. nezaˇc´ınala bity 001 resp. 000 nebylo nutné ˇc´ıst jej´ı obsah. Prvn´ı tˇri bity 000 byly v tomto

(44)

? tení CAN sb?rnice

Je daná zpráva ur?ena pro

displej?

Ano Ne

Ur?ení ?ásti pro kterou je zpráva

ur?ena

Aktulaizace zobrazovaných

dat této ?ásti

Obrázek 2.10: Zjednoduˇsený vývojový digram pro displej

(45)

3 Z´ avˇ er

V rámci této bakaláˇrské práce byl vytvoˇren firmware pro ˇr´ıdic´ı jednotku v elek- trickém automobilu. Tento firmware obstarává obsluhu prvk˚u ve vozidle. Tˇemito prvky konkrétnˇe jsou smˇerovky, stˇeraˇce, ostˇrikovaˇce a zámky. Dalˇs´ım úkolem tohoto firmwaru bylo obstarán´ı komunikace mezi ˇr´ıdic´ı jednotkou a displejem. Tato komunikace prob´ıhá prostˇrednictv´ım zpráv po sbˇernici CAN. Celý vývoj tohoto firmwaru a testován´ı prob´ıhalo na demo-boardu.

Dalˇs´ı ˇcásti této bakaláˇrské práce byl výbˇer displeje a navrˇzen´ı jeho grafiky.

Nejdˇr´ıve bylo potˇreba provést reˇserˇsi displej˚u dostupných na trhu. Po proveden´ı této reˇserˇse se ukázalo, ˇze nebude snadné nalézt displej, který by splˇnoval úplnˇe vˇsechny poˇzadavky. Pro testován´ı pak bylo vybráno nˇekolik HMI displej˚u, které se mezi ostatn´ımi jevily jako nejlepˇs´ı varianta. Ovˇsem i u tˇechto vybraných displej˚u se ukázaly jisté nedostatky. Jednalo se bud’ o nepˇr´ıtomnost CAN sbˇernice, vysokou poˇrizovac´ı cenu nebo n´ızkou sv´ıtivost panelu. Po otestován´ı tˇechto displej˚u byla zvolena varianta vývojáˇrského kitu STM32H747I-DISCO vybaveného displejem. Dis- plej byl k tomuto kitu pˇripojen pomoc´ı rozhran´ı MIPI^R DSI. D´ıky pˇr´ıtomnosti tohoto rozhran´ı vzrostlo mnoˇzstv´ı displej˚u, které by ˇslo pro tuto práci uplatnit. Pro fináln´ı ˇreˇsen´ı tak mohl být snadnˇeji vybrán displej s velkou sv´ıtivost´ı a dobrými pozorovac´ım úhly. Jedinou podm´ınkou tohoto displeje pak bylo, aby podporoval MIPI^R DSI rozhran´ı nebo rozhran´ı, které bude moˇzné na MIPI^R DSI pˇrevést. Jiné poˇzadavky na displej jiˇz nebyly, jelikoˇz poˇzadované rozhran´ı CAN bylo poskytováno samotným kitem bez ohledu na pˇripojený displej. Po dokonˇcen´ı obou tˇechto ˇcást´ı bylo provedeno propojen´ı a otestován´ı komunikace mezi ˇr´ıdic´ı jednotkou a displejem prostˇrednictv´ım sbˇernice CAN.

Reˇsen´ı vytvoˇren´ˇ e v rámci této práce nab´ız´ı moˇznost plné konfigurace podle vlastn´ıch poˇzadavk˚u. Dalˇs´ı výhodou takto zpracovaného ˇreˇsen´ı je vzájemná nezá- vislost vybraných komponent. D´ıky tomu bylo umoˇznˇeno snadné proveden´ı výmˇeny jednotlivých komponent. V pˇr´ıpadˇe takovéto zmˇeny bude zapotˇreb´ı provést konfiguraci a programován´ı pouze v rámci nové komponenty.

Výhodou pouˇzit´ı zm´ınˇeného kitu byla pˇr´ıtomnost výkonného mikroprocesoru, konkrétnˇe se jedná STM32H747XIH6 Arm^R-based microcontroller. To dává moˇznost pˇri dalˇs´ım vývoji, firmware naprogramovat pˇr´ımo do tohoto kitu a odstranit nutnost pouˇzit´ı platformy Arduino Due, která v tomto pˇr´ıpadˇe zastávala funkc´ı ˇr´ıdic´ı jednotky.

(46)

Literatura

[1] Mikromedia HMI 7 no touch [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

https://www.mikroe.com/mikromedia-hmi-70-no-touch

[2] Weintek eMT3070B [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z: https://www.

weintek.com/globalw/Product/Product_spec.aspx?Series=eMT [3] Bafang 850C [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

https://www.dhgate.com/product/

bafang-850c-full-color-lcd-8fun-dp-c14-lcd/410123561.html [4] AMETEK VIS’ C-COM 7GT [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

https://www.ametekvis.com/-/media/ametekvis/download/new%

20downloads/170047-c-com-7g.pdf

[5] Wecon PI 7 inch HMI : PI8070 [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

http://we-con.com.cn/en/productsinfo_3035.html [6] Opus A6 ECO BASIC [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

https://www.motronica.com/wp-content/uploads/2019/08/TDS_A6e_

BASIC.pdf

[7] RiTFT-50-IOT-CAP [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

https://riverdi.com/product/ritft50iotcap/

[8] 4D systems GEN4-ULCD-50D-SB-AR [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z: https://4dsystems.com.au/gen4-ulcd-50d-sb-ar

[9] Grayhill 3D70 [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

http://www.grayhill.com/assets/1/7/3D70-datasheet.pdf [10] MY-EVC5100S-HMI [online]. [cit. 2020-02-23]. Dostupn´e z:

http://www.myirtech.com/list.asp?id=571

[11] What is Qt for Automotive? [online]. [cit. 2020-03-02]. Dostupn´e z:https://www.qt.io/qt-in-automotive/#why

[12] STM32H747I-DISCO [online]. [cit. 2020-04-14]. Dostupn´e z:

https://www.st.com/en/evaluation-tools/stm32h747i-disco.html