基于MCX系列MCU的EBike仪表解决方案

NXP管管

基于MCX系列MCU的EBike仪表解决方案

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二十一世纪是电气化的时代。相比于化石燃料驱动的车辆，电能驱动车辆具有显著减少污染物排放、效率高、静谧平顺、行驶稳定、加速快的优点，并随着充电设施的不断完善，电能驱动车辆的应用已经越来越普及。电动自行车（EBike）也已成为现代城市出行的重要工具。


EBike仪表作为骑行者获取车辆状态信息的窗口，其性能和可靠性至关重要。一款出色的电动自行车仪表能够提供的行驶信息包括：工作模式、档位设定、实时速度、平均速度、续航里程、单次里程、总里程、骑行时间、瞬时功率、平均功率等。MCX系列MCU（微控制器）凭借其高性能、低功耗和丰富的外设接口，成为EBike仪表解决方案的理想选择。


本解决方案将详细介绍如何基于MCX系列MCU设计一款功能全面、性能稳定、操作便捷的EBike仪表。通过合理的硬件设计和优化的软件编程，实现仪表的精准显示、智能报警和远程通信等功能，为EBike用户提供更加安全、舒适的骑行体验。


MCX系列MCU不仅支持高速数据处理和多种通讯协议，还具备强大的电机控制和模拟性能，能够精准读取和显示EBike的电量、速度、里程等关键信息。此外，其低功耗特性有助于延长电池续航时间，提升用户体验。


案例分析
随着电动自行车/电动摩托车的广泛普及，市场上出现了一批优秀的EBike仪表解决方案。来自博世公司的电动自行车控制系统-Purion 2001；来自纳恩博公司的高端电动摩托车-E300P系列；来自雅迪公司的高端电动摩托车-飞跃FD93系列。这三个案例都具有炫酷的人机交互界面。从而表明，炫酷且信息丰富的界面，可以极大提高产品的档次，从而吸引更多的用户。

博世Purion 200显示系统

纳恩博E300P显示系统

雅迪飞跃FD9显示系统

主控制器
NXP电动车仪表解决方案采用MCX N系列MCU – MCX N947。MCX N是NXP最新的高性能、低功耗微控制器系列。它具有如下特性：

• 150MHz主频
• Flash 2MB, SRAM 512 KB
• 双Cortex-M33核，主CPU核包含浮点运算单元FPU、内存保护单元MPU、数字信号处理单元
• PowerQuad数字信号协处理器和加速器
• CoolFlux BSP32数字信号处理器
• FlexIO，通过编程可以实现LCD控制
• SmartDMA控制器，通过编程可以实现摄像头驱动、数字键盘、颜色格式转换
• 满足多样性需求的定时器，如标准定时/计数器CTimer、支持硬件状态机的SCTimer、增强型脉冲宽度调制定时器FlexPWM、实时时钟RTC、正交解码器
• 功能丰富的通信接口，如高速USB、全速USB、支持SPI、I2C、UART通信协议的低功耗灵活通信接口LP_Flexcomm、CAN通信控制器FlexCAN、I3C、以太网
• 同步音频接口SAI
• 触摸感应输入TSI
• 超安全数字主机控制器uSDHC，可以为图片、字体提供大容量存储介质
  

开发套件
NXP针对MCX N系列MCU提供了完整的图形界面解决方案，包括：

• FRDM-MCXN947评估板
  

• LCD-PAR-S035显示屏，分辨率为480x320
  

硬件环境设置
为了评估本文所述的电动车仪表应用，请按如下步骤进行配置：
根据下图，将LCD显示屏与FRDM-MCXN947评估板进行连接

使用USB-Type C线将FRDM-MCXN947评估板的板载调试器接口J17与PC机的USB接口进行连接


如果连接成功，可以在PC机的设备管理器窗口中看到MCU-Link板载调试器虚拟串口：  图片

软件开发环境
本文中的EBike仪表设计的软件开发环境：

• 免费开源嵌入式图形库LVGL
• NXP图形界面开发工具GUI Guider
  

设计实现
基于NXP图形设计工具GUI Guider的图形界面设计流程可分为：工程创建、资源导入、控件布局、仿真验证、目标板部署。
1. 工程创建
GUI Guider创建一个新工程的步骤如下：
1.1 启动GUI Guider, 点击Create a new project创建工程，进入Select LVGL Version窗口：

1.2 在Select LVGL Version窗口中，选择LVGL版本。GUI Guider支持LVGL v7和LVGL v8, 这里选择LVGL v8, 即v8.3.10。点击Next, 进入Select a Board Template窗口：

1.3 在Select a Board Template窗口，先选择处理器系列，这里是MCX，然后选择评估板，这里选择FRDM-MCXN947。选择评估板之后，点击Next，进入Select an Application Template窗口：

1.4 在Select an Application Template窗口中，选择应用模板，这里选择EmptyUI, 以创建一个空工程。选择应用模板之后，点击Next，进入Project Settings窗口：

1.5 在Project Settings窗口中，正确设置工程名、工程路径、颜色深度、屏幕类型，然后点击Create开始创建：

1.6 创建完成的工程如下图所示：

2. 资源导入


一个炫酷的图形界面离不开精美的图片和字体。因此，在开始设计之前，需要导入图片资源和字体资源。本文中的EBike仪表设计采用GUI Guider内置字体-montserratMedium。对于想使用自定义字体的用户，可以通过GUI Guider的字体导入功能实现：

对于图片资源，请在开始界面设计之前，将所有要用到的图片存放于工程目录的import子目录下。


3. 控件布局
在GUI Guider的界面编辑区，在选中某个控件之后，可以通过拖拽改变控件的大小和位置。如果想进行更精细的调整，可以通过设置控件的位置和大小属性来实现：

除了可以设置单个控件的位置和大小，对于多个控件，GUI Guider支持丰富的对齐选项，如顶端对齐、底端对齐、左对齐、右对齐、水平均匀分布、垂直均匀分布、水平中心对齐和垂直中心对齐。


例如，在EBike仪表界面的底部，需要三个等间隔排列的圆角矩形指示当前正在操作的界面。然而，这三个圆角矩形的初始排列杂乱无章，需要经过底端对齐和水平均匀分布对齐处理后才能变得规整。调整前的效果和调整后的效果：

经过调整之后的EBike仪表界面:

4. 仿真验证
当界面设计完成后，通过执行Simulator->C操作可以启动仿真:

5. 目标板部署
当仿真结束且满足设计预期的时候，可以执行Target->MCUXpresso操作实现代码生成、IDE工程创建、编译链接、可执行程序下载到目标板并启动运行，极其方便：

6. 运行
部署完成后，EBike仪表盘解决方案的运行效果如下图所示：

7. 代码获取
本文所述EBike仪表解决方案的源代码可以通过NXP Application Code Hub获取。Application Code Hub的链接如下：
https://mcux‍presso.nxp.com/appcodehub
您可以在Application Code Hub检索到本文所述EBike仪表解决方案的源代码工程。

8. 参考资料：
1. https://www.ninebot.com/product/E300P
2. https://news.yiche.com/hao/wenzhang/85817235/
3. https://news.yiche.com/hao/wenzhang/85817235/

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