專利名稱：汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種汽車儀表，特別是一種汽車電子智能型儀表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車儀表是指示汽車工況信息、幫助駕駛員安全、合理駕駛汽車的重要裝 置。傳統(tǒng)的汽車儀表都采用機(jī)械指針示值方式，但由于汽車工況復(fù)雜，由于振
動(dòng)造成指針抖動(dòng)將引起讀數(shù)的多值性；且機(jī)械裝置的可靠性、壽命等都存在許 多缺陷；特別是常用的機(jī)械式車速檢測(cè)，軟軸故障頻繁發(fā)生導(dǎo)致指示失靈。此 外，目前的汽車組合儀表只能顯示車輛基本的運(yùn)行參數(shù)，無(wú)法監(jiān)測(cè)汽車的運(yùn)行 狀態(tài)，無(wú)法對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以便判斷汽車的運(yùn)行狀態(tài)。
目前公開文獻(xiàn)報(bào)道了一些汽車電子儀表的研究，有的提出利用單片機(jī)技術(shù) 和VFD顯示器件構(gòu)成汽車電子智能儀表的方法，儀表以單片微型計(jì)算機(jī)為核心， 具有實(shí)時(shí)顯示和保存車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油位、總里程、子里程等車況 參數(shù)，使汽車具有"黑匣子"功能；有的釆用CAN總線技術(shù)，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，
對(duì)汽車儀表進(jìn)行改進(jìn)。例如東華理工學(xué)院電子與機(jī)械工程學(xué)院的王軍波、鄰 繼軍等在《東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)》2006年第3期研究了USB總線與CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換 器設(shè)計(jì)，指出現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是將自動(dòng)控制系統(tǒng)中底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器 和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)，是5C( Computer, Control, Communication, CRT, Change )技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。CAN ( Control Area Network ) 總線是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、機(jī)械工業(yè)、家用電器、傳感器 等領(lǐng)域，已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是被公認(rèn)的幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。提出 了一種通過(guò)計(jì)算機(jī)USB接口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN與計(jì)算機(jī)(服務(wù)器)之間通信的方 案。具體介紹了使用USB總線接口芯片CH372和獨(dú)立的CAN控制器SJA1000實(shí)現(xiàn)的
硬件電路設(shè)計(jì)方法、本地端軟件的編寫方法，給出了主要程序模塊的流程；江 蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院的陳效忠提出了一種基于CAN總線的、用軟件實(shí)現(xiàn)汽
車儀表的設(shè)計(jì)思想。該汽車儀表用軟件完成數(shù)據(jù)在液晶顯示屏的顯示，充分利 用汽車總線的優(yōu)勢(shì)，用CAN總線傳輸從各傳感器釆集的數(shù)據(jù)，便于與其他控制單元連接，可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車儀表的升級(jí)擴(kuò)展。該測(cè)試系統(tǒng)由液晶顯示器、PC-CAN 接口卡、單片機(jī)、CAN控制器(SJAIOOO)、 CAN總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器(PCA82C250 ) 和各數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)組成。PC-CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡，它適合 CAN-bus的小流量數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，最高可達(dá)500幀/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供廣泛 和強(qiáng)大的軟件支持。支持在70++、 C++Builder、 Delphi和VB等開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行 設(shè)計(jì)；該研究只有一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，所以顯示器所顯示的數(shù)據(jù)只有轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、 水溫、燃油消耗(博士研究論文)；李偉、洪運(yùn)富、盛翊智在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)表的文章 中研究了CAN總線技術(shù)在以摩托羅拉16位單片機(jī)MC9S12為中央控制器的某汽車 儀表系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其中CAN通信模塊的軟硬件設(shè)計(jì)作了 詳細(xì)說(shuō)明。
但是目前公開文獻(xiàn)介紹的汽車電子儀表使用的計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性或者單片機(jī) 的速度達(dá)不到汽車要求，對(duì)汽車工況信息與智能化功能還不多，如報(bào)警系統(tǒng)智 能化、燈光控制智能化、行車的百公里燃油消耗等，特別是擴(kuò)充性功能還不多。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服如背景技術(shù)所述的現(xiàn)有汽車儀表系統(tǒng)存在的不足，本實(shí)用新型提 供一種釆用嵌入式單片機(jī)、液晶顯示、具有智能化功能的汽車儀表控制系統(tǒng)。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案是
本汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)，包括電源、顯示器、單片機(jī)、CAN控制器、 CAN總線發(fā)送和接收驅(qū)動(dòng)器和監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)釆用嵌入式系統(tǒng)控制器， 同時(shí)具有多路AD和多路CAN總線控制器，電源裝有自主控制及能耗監(jiān)控系統(tǒng)，CAN 總線控制器嵌入模糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)的ARM微處理器系統(tǒng)，CAN控制器為集成多路 CAN總線控制器，電源及能耗監(jiān)控系統(tǒng)接到ARM系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)前段有鍵盤和檢 測(cè)模塊輸入，ARM系統(tǒng)后段接液晶顯示器輸出和CAN總線，CAN總線分別接到輪胎、 發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、燃油箱、蓄電池和車燈的傳感器；并有線路接回車速表、里程 表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、電壓表、電流表和車燈以及檢測(cè)模塊。
以上所述的汽車電子儀表系統(tǒng)，車速表采用符合駕駛習(xí)慣的圓盤數(shù)字圖形 顯示器，環(huán)境溫度、水溫、燃油量、蓄電池電壓采用條形光標(biāo)顯示器，里程、
行程釆用數(shù)字顯示器。
以上所述的汽車電子儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)使用了電源自主控制功能與能源控制 策略，電源部分釆用自主控制、多級(jí)濾波和多級(jí)穩(wěn)壓、能源控制等功能的模塊， 還安裝有能夠減少汽車點(diǎn)火和充電對(duì)系統(tǒng)的干擾的后備電池、能源控制策略適 時(shí)的關(guān)閉不工作的模塊，這樣可以節(jié)約能源，系統(tǒng)使用了一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控電源 系統(tǒng)的芯片，以便在電源干擾時(shí)自動(dòng)重啟系統(tǒng)。
以上所述的汽車電子儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝有根據(jù)行駛環(huán)境情況的燈光自動(dòng) 控制器。
以上所述的汽車電子儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝有能夠檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的自檢 功能開關(guān)以及異常狀態(tài)聲音與顯示的報(bào)警器。
以上所述的汽車電子儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝有能夠檢測(cè)并顯示駕駛員駕駛汽 車時(shí)的百公里燃油消耗的數(shù)字顯示。
以下給出本實(shí)用新型的操作以及各部件釆用的結(jié)構(gòu)和功能
1. 電源啟動(dòng)和關(guān)閉電源啟動(dòng)和關(guān)閉由用戶鑰匙的控制信號(hào)控制。
2. 電源自主控制系統(tǒng)的工作并不完全由用戶的鑰匙控制信號(hào)控制，而是 用系統(tǒng)自主抉擇控制。引入自主控制功能在于系統(tǒng)的關(guān)閉實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可控性，保 證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)。自主控制只在核心CPU使用，顯示系統(tǒng)不需要這種功能。
3. 多級(jí)濾波和多級(jí)穩(wěn)壓汽車的電子環(huán)境非常惡劣，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定 工作，電源系統(tǒng)使用了多級(jí)的濾波和穩(wěn)壓，防止過(guò)強(qiáng)的紋波多系統(tǒng)的干擾并保 證核心系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。
4. 后備電池系統(tǒng)由于電池的"水塘效應(yīng)"，后備電池系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 強(qiáng)大的濾波穩(wěn)壓系統(tǒng)，同時(shí)使用這個(gè)系統(tǒng)能減少汽車點(diǎn)火和充電對(duì)系統(tǒng)的干擾。
5. 能源控制能源控制策略適時(shí)的關(guān)閉不工作的模塊，節(jié)約能源。
6. 電源監(jiān)控系統(tǒng)使用了一個(gè)獨(dú)立的芯片監(jiān)控電源系統(tǒng)，以便在電源不穩(wěn)定時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)，電源穩(wěn)定后自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行。
7. CPU:系統(tǒng)采用Philips的軍工級(jí)嵌入系統(tǒng)控制器。芯片是基于ARMHDMI-S 的32位CPU,并帶有256kB的Flash和16kB的RAM。具有多路AD和多路CAN控制總線控制器。該CPU具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性，能夠在-40°C~ +125°C下工作,
完全達(dá)到汽車控制的要求。
8. 運(yùn)行速度Cpu使用ll. 0592MHz的晶振，可以加速到接近60M的速度，同 時(shí)ARM系列控制器是RISC結(jié)構(gòu)的流水線指令系統(tǒng)，所以指令執(zhí)行速度基本接近時(shí) 鐘的運(yùn)行速度。
9. 系統(tǒng)的IO:系統(tǒng)使用的控制器具有144個(gè)引腳，具有多種靈活的串行、并 行通訊總線供存儲(chǔ)、顯示、通訊、檢測(cè)使用，具有70多個(gè)普通IO供信號(hào)檢測(cè)、 功能控制所使用，還有通用的AD接口、 CAN總線接口等，適用性非常廣。
10. 顯示系統(tǒng)使用了通用的液晶顯示模塊，這種液晶不僅能提供高亮度的 顯示界面，也能快速的為系統(tǒng)顯示車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、水溫、時(shí)間、環(huán) 境溫度、電池電壓、充放電、系統(tǒng)狀態(tài)、大燈、轉(zhuǎn)向燈等。
11. 時(shí)鐘系統(tǒng)使用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘，為用戶顯示當(dāng)前的時(shí)間。
12. 環(huán)境溫度系統(tǒng)使用了一個(gè)I2C總線的溫度檢測(cè)芯片，實(shí)時(shí)高精度的檢
測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度。
13. C緒總線系統(tǒng)使用的芯片具有can控制器。CAN模塊為系統(tǒng)的門檢測(cè)等
提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸。
14. 系統(tǒng)自檢、維護(hù)系統(tǒng)維護(hù)模塊為系統(tǒng)提供自檢、維護(hù)等操作。
15. 模糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)釆用模糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是
1.本實(shí)用新型與公開文獻(xiàn)比較，其技術(shù)特點(diǎn)是儀表系統(tǒng)綜合應(yīng)用A謹(jǐn)技 術(shù)與CAN總線技術(shù)，硬件以嵌入式系統(tǒng)作為中央控制器，同時(shí)釆用CAN總線技術(shù); 具有加密與防改寫功能和具有狀態(tài)檢測(cè)功能；電源系統(tǒng)采用自主控制，多級(jí)濾 波、多級(jí)穩(wěn)壓、能源控制和電源控制等功能以及能夠減少汽車點(diǎn)火和充電對(duì)系 統(tǒng)的干擾的后備電池系統(tǒng)。由于應(yīng)用了現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)和 計(jì)算機(jī)技術(shù)研制開發(fā)全電子智能型汽車工況信息顯示系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的汽車 儀表系統(tǒng)的諸多缺陷，提高汽車工況信息指示的可靠性。其次，利用微處理器 的強(qiáng)大的功能，可提供更豐富的汽車工況信息與智能化功能，如報(bào)警系統(tǒng)智能化、燈光控制智能化、行車的百公里燃油消耗等，并具有很強(qiáng)的可擴(kuò)充性，可 根據(jù)需要不斷擴(kuò)充功能。因此本實(shí)用新型對(duì)提高汽車儀表系統(tǒng)智能化水平、進(jìn) 一步提高汽車工況信息顯示系統(tǒng)集成智能化，幫助駕駛員更安全合理地駕駛， 對(duì)提高汽車的行駛安全性、提高我國(guó)汽車電子技術(shù)水平與產(chǎn)品水平具有促進(jìn)作 用。
2. 系統(tǒng)使用全電子構(gòu)成，具有可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠提供更多的 信息，擴(kuò)展性強(qiáng)。
3. 使用了CAN總線傳輸信號(hào)、數(shù)據(jù)，減少整車布線。


圖l汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)硬件框圖。
圖2儀表主電路電原理圖。 圖3汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控框圖。 圖4汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)水溫檢測(cè)框圖。 圖5汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)油量檢測(cè)框圖。 圖6汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)轉(zhuǎn)速檢測(cè)框。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的全電子智能型儀表系統(tǒng)CAN總線控制器嵌入模 糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)的ARM微處理器系統(tǒng)，CAN控制器為多路CAN總線控制器，電源 輸入接到ARM系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)前段有鍵盤和檢測(cè)模塊輸入，A詣系統(tǒng)后段輸出接 液晶顯示器和CAN總線。
如圖2所示，本實(shí)用新型的全電子智能型儀表系統(tǒng)主要由六個(gè)模塊組成 CPU模塊(CPU. SCH )、液晶顯示模塊(LCD.SCH)、電源模塊(PWR. SCH )、按鍵模 塊(KEBOARD. SCH )、 CAN總線接口模塊(CAN. SCH )和檢測(cè)模塊(CHK. SCH )。圖 中，長(zhǎng)菱形符號(hào)表示模塊之間的連接，即不同模塊中相同名稱的線標(biāo)在用PROTEL 設(shè)計(jì)印制板圖時(shí)將會(huì)連接在一起；六個(gè)模塊對(duì)應(yīng)六個(gè)用PROTEL設(shè)計(jì)的電路原理 圖。
如圖3所示，CAN總線分別接到輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、燃油箱、蓄電池、和 車燈；并有線路接回車速表、里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、電壓 表、電壓表和車燈以及檢測(cè)模塊?？梢詫?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、制動(dòng)液、
蓄電池的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控；并接到報(bào)警器作出安全提示。
如圖4所示，如果本系統(tǒng)對(duì)水溫進(jìn)行控制時(shí)，CAN總線有線路接到水箱中，
通過(guò)傳感器對(duì)水箱溫度檢測(cè)，傳回?cái)?shù)據(jù)，接水溫顯示器和報(bào)警器作出安全提示。
如圖5所示，如果本系統(tǒng)對(duì)油溫進(jìn)行控制時(shí)，CAN總線有線路接到油箱中， 通過(guò)傳感器對(duì)油箱溫度檢測(cè)，傳回?cái)?shù)據(jù)，接油溫顯示器和報(bào)警器作出安全提示。
如圖6所示，如果本系統(tǒng)對(duì)車速進(jìn)行控制時(shí)，CAN總線有線路接到車輪中， 通過(guò)傳感器對(duì)速度檢測(cè)，傳回?cái)?shù)據(jù)，接車速顯示器和報(bào)警器作出安全提示。
權(quán)利要求1、一種汽車全電子智能型儀表系統(tǒng)，包括電源、顯示器、接口卡、單片機(jī)、CAN控制器、CAN總線發(fā)送和接收驅(qū)動(dòng)器和監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)控制器，同時(shí)具有多路AD和多路CAN總線控制器，電源裝有自主控制及能耗監(jiān)控系統(tǒng)，CAN總線控制器嵌入模糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)的ARM微處理器系統(tǒng)，CAN控制器為多路CAN總線控制器，電源及能耗監(jiān)控系統(tǒng)接到ARM系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)前段有鍵盤和檢測(cè)模塊輸入，ARM系統(tǒng)后段接液晶顯示器輸出和CAN總線，CAN總線分別接到輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、燃油箱、蓄電池和車燈；從輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、燃油箱、蓄電池和車燈的傳感器有線路接回車速表、里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、電壓表、電流表以及檢測(cè)模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利l要求的汽車電子儀表系統(tǒng)，其特征在于車速表釆用符合駕 駛習(xí)慣的圓盤數(shù)字顯示器，環(huán)境溫度、水溫、燃油量、電流、蓄電池電壓采用 條形光標(biāo)顯示器，里程、行程釆用數(shù)字顯示器。
3、 根據(jù)權(quán)利l要求的汽車電子儀表系統(tǒng)，其特征在于電源部分釆用自主 控制、多級(jí)濾波和多級(jí)穩(wěn)壓、能源控制、電源控制等功能的模塊，并安裝有能 夠減少汽車點(diǎn)火和充電對(duì)系統(tǒng)的干擾的后備電池、能源控制策略適時(shí)的關(guān)閉不 工作的模塊，還安裝有一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控電源系統(tǒng)，能夠自動(dòng)重啟系統(tǒng)的芯片。
4、 根據(jù)權(quán)利1要求的汽車電子儀表系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)安裝有根據(jù)行 駛環(huán)境情況的燈光自動(dòng)控制器。
5、 根據(jù)權(quán)利l要求的汽車電子儀表系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)安裝有能夠檢 測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的自檢功能開關(guān)以及異常狀態(tài)聲音與顯示的報(bào)警器。
6、 根據(jù)權(quán)利1要求的汽車電子儀表系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)安裝有能夠檢 測(cè)并顯示駕駛員駕駛汽車時(shí)的百公里燃油消耗的數(shù)字顯示。
專利摘要一種汽車儀表，特別是一種采用嵌入式單片機(jī)、液晶顯示、具有智能化功能的汽車儀表。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的電源自主控制、后備電池系統(tǒng)、能源控制策略、高速多功能CPU、液晶顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、環(huán)境溫度檢測(cè)、模糊數(shù)據(jù)耦合技術(shù)以及CAN總線，開發(fā)了具有可靠性高、壽命長(zhǎng)的全電子智能型儀表系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠提供更多的信息，擴(kuò)展性強(qiáng)，并使用了CAN總線傳輸信號(hào)、數(shù)據(jù)，減少整車布線。
文檔編號(hào)G01D7/02GK201075011SQ20072008077
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月18日
發(fā)明者吳彤峰, 敘 楊, 毛漢穎, 羅文廣, 范健文, 陳文輝 申請(qǐng)人:廣西工學(xué)院