汽車電子儀表顯示裝置

講汽車電子儀表顯示裝置2021/5/91一、汽車儀表的發(fā)展動向當今世界，由于汽車排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車電子控制程度也越來越高。汽車電子控制裝置必須迅速、準確地處理各種信息，并通過電子儀表顯示出來，使駕駛員及時了解并掌握汽車的運行狀態(tài)，妥善處理各種情況?，F(xiàn)在，汽車的故障診斷、全球導航和定位系統(tǒng)的大量、復雜的信息服務已開始大量裝備到汽車上，汽車電子儀表作為信息顯示終端能夠完成這些任務。汽車電子儀表顯示裝置不僅具有能提供大量、復雜的信息的優(yōu)點，而且還具有高精度和高可靠性、一表多用的功能、外形設計美觀自由度高、滿足小型、輕量化的要求等特點，因此電子儀表顯示裝置成為現(xiàn)代汽車的發(fā)展新潮流，具有非常廣闊的發(fā)展空間。2021/5/92重慶大學汽車系張偉1、未來的車用電子儀表化。傳統(tǒng)儀表一般是機電式模擬儀表，只能提供汽車運行中必要而又少量的數(shù)據(jù)信息，已遠遠不能滿足現(xiàn)代汽車新技術、高速度的要求。汽車儀表的功能已不僅僅是單純的指示，而是通過對汽車各部件參數(shù)的監(jiān)測和微處理機配套，從而達到控制汽車各種運行工況的目的。隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，多功能高精度、高靈敏度、讀數(shù)直觀的電子數(shù)字顯示及圖像顯示的儀表已不斷地在汽車上應用，汽車電子化儀表將逐步取代常規(guī)的機電儀表。2021/5/93重慶大學汽車系張偉2021/5/94重慶大學汽車系張偉2、計算機終端顯示器未來汽車儀表發(fā)展趨勢，就充分應用光技術和機、電一體化技術，并突出現(xiàn)代信息技術和網絡技術的應用，其功能將極大拓寬，指示形式將演變成計算機終端顯示器。隨著顯示器件，如液晶顯示器件的性能，特別是工作溫度范圍的拓寬，在價格進一步降低的前提下，汽車儀表的功能將被極大地拓寬，形式將發(fā)生根本改變，外觀上就是一個高清晰度的計算機顯示器。2021/5/95重慶大學汽車系張偉3、未來汽車儀表拓寬功能。汽車儀表的功能將不局限于現(xiàn)在的車速、里程、發(fā)動機轉速、油量、水溫、方向燈指示，可能增添一些功能，比如帶ECU的汽車儀表智能化：能指示安全系統(tǒng)運行狀態(tài)，如輪胎氣壓、制動裝置、安全氣囊、安全帶等，這些信號傳輸形式，將不再是簡單的開關接通和斷開直流信號，而是包含反映這些安全裝置工作狀態(tài)較多信息的調制信號，供ECU讀取，以便ECU能準確地綜合判斷這些安全裝置的工作狀態(tài)，并給出故障顯示提醒駕駛員，或指導維修人員排除故障。將防盜系統(tǒng)納入汽車儀表ECU的監(jiān)管下，如車門、后行李箱等處防盜鎖指紋識別開啟系統(tǒng)，防撬振動報警裝置，防盜點火起動裝置等。2021/5/96重慶大學汽車系張偉4、未來的汽車儀表系統(tǒng)，正向“綜合信息系統(tǒng)”的方向發(fā)展。這種儀表系統(tǒng)以液晶顯示器為基礎，車內通信與互聯(lián)網相連，乘員室內各操縱件通過語音進行控制。汽車收音機、DVD光播放機和音響設備等構成乘員室配置部分。構成信息通信系統(tǒng)的主要部件有：漫游器、移動電話、電子郵件和國際互聯(lián)網終端、視頻或電子游戲中控臺等。系統(tǒng)的主要功能有：導航、音響、通信、遠程微機通信和信息處理等。2021/5/97重慶大學汽車系張偉5、電光學技術在汽車儀表上得到廣泛應用儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術的發(fā)展，汽車中各種系統(tǒng)和機構日趨復雜，汽車行駛和各部分工作狀況的信息量顯著增加。同時，出于對汽車環(huán)保、安全性、經濟性、智能化要求的提高，汽車駕駛員需要更多、更迅速地了解汽車運行的各種信息，使得汽車電子儀表向信息顯示中心發(fā)展，它是駕駛員信息系統(tǒng)重要的組成部分。汽車電子儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械或電氣機械式模擬儀表已成為發(fā)展的趨向。2021/5/98重慶大學汽車系張偉二、電子顯示技術就是薄型平面電子顯示器技術做成的汽車平面儀表板顯示數(shù)字及信息，十分清晰明了，它代替了以往模擬顯示的車速和發(fā)動機轉速表等，使駕駛者在開車的同時，仍然可以清楚地看到儀表數(shù)字及其他信息的變動。它反應速度快、指示準確、圖形設計靈活、數(shù)字清晰、可視性能好、集成化程度高、可靠性強、功耗低等優(yōu)點。由于沒有運動部件，反應快，可靠性高，其布置靈活緊湊，并有最佳顯示形式。顯示和內照明器件選用高效冷光源發(fā)光器件，導光系統(tǒng)更多體現(xiàn)出光學領域的新技術。CCD攝像后視系統(tǒng)，改用電子攝像顯示后視系統(tǒng)，駕駛員的視野范圍將更寬。自動導航和定位系統(tǒng)，它可能也是未來汽車儀表上不可缺少的部分，包括GPS和電子地圖等。具備完善的通訊系統(tǒng)，將來汽車上的計算機系統(tǒng)會與公共互連網相連，以便充分共享信息資源，處理通訊作業(yè)將是汽車儀表計算機系統(tǒng)工作內容的一部分。2021/5/99重慶大學汽車系張偉電子儀表有用電子顯示器件和高壓驅動器集成電路，既提高了測試精度，又可將數(shù)字信息輸入汽車微機內，實現(xiàn)了車速與里程等參數(shù)的數(shù)據(jù)分析和計算，使汽車具有更多的自控功能。轉速表、電壓表、燃油表、油壓表和水溫表則采用線性集成電路，方便配接各類電子傳感器件。汽車電子儀表將成為一個集感覺、識別、分析、信息庫存、適應和控制六大功能于一體的，提供車輛行駛信息、保障安全駕駛的智能化系統(tǒng)。汽車電子儀表面板，采用微機采集處理不同傳感器信號，不僅可把各種傳感器檢測到信息，如車速、發(fā)動機轉速等顯示出來，而且還能把經微機處理、計算、分析后的信息，如燃油消耗和行車里程等綜合信息顯示出來。另外，帶有診斷程序的汽車微機還能在汽車行駛過程中，根據(jù)發(fā)動機、傳動系及行駛系等各機件的運行情況，及時顯示出故障診斷的警告信息，駕駛員想檢查時也能隨時調出多重顯示，或采用按鈕開關實現(xiàn)有選擇的顯示。2021/5/910重慶大學汽車系張偉國內部分中、高檔轎車，如一汽紅旗世紀星，上汽帕薩特、賽歐、奇瑞，長安世紀星等均配套使用步進電動機式汽車儀表。其它型號的轎車也正在配套該類型的儀表，步進電動式汽車儀表，將是未來一段時間內汽車儀表的主導產品。隨著電子技術的進步，新型傳感器、新型電子顯示器件的出現(xiàn)，汽車電子儀表顯示裝置得以迅速發(fā)展。微機驅動的儀表板采用微機處理來自傳感器的信息，并指揮儀表顯示器。我國的汽車儀表顯示裝置技術水平較低。國外發(fā)達國家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表顯示裝置，而且絕大部分是步進電動機式汽車儀表，并準備向更高方向發(fā)展。雖然國內汽車儀表界一致看好全數(shù)字式汽車儀表，但其開發(fā)還不具備技術條件。全數(shù)字式汽車儀表，尤其是步進電動機式汽車儀表顯示裝置，是當今和未來一段時間汽車儀表顯示裝置的主導技術，有著十分廣闊的市場前景?，F(xiàn)代汽車將會越來越多地裝用各種用途的電子化儀表顯示裝置。造型新穎別致和功能強大的電子化儀表顯示裝置，將是今后車用儀表的發(fā)展趨勢和潮流。2021/5/911重慶大學汽車系張偉三、微機型車用數(shù)字儀表以MCS51單片機為主控器，以ADC0809為核心，以氣壓、油壓、溫度、霍爾元件等傳感器為主要外圍元件的車用數(shù)字儀表（VDI）的設計與實現(xiàn)。該儀表系統(tǒng)具有顯示直觀、準確，使用方便可靠等優(yōu)點，代表了車用儀表的最新發(fā)展趨勢。系統(tǒng)組成及工作原理

---本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調完成，硬件部分主要完成各種傳感器信號的采集、轉換，各種信息的顯示等；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。

---其工作原理是89C51單片機依次查詢各傳感器的輸出信號（氣壓、油壓等模擬傳感器輸出的模擬信號需要經過ADC0809進行模數(shù)轉換）；然后89C51對輸入信號進行相應處理后通過顯示模塊44780輸出，同時還可輸出各種告警信號。2021/5/912重慶大學汽車系張偉2硬件構成該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊：

89C51主控模塊、傳感器模塊、ADC0809模/數(shù)轉換模塊、44780顯示模塊等。其中89C51主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功能，傳感器完成信號的采樣功能，ADC0809完成將模擬信號轉換成數(shù)字信號的功能，44780顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。2.1主控模塊

系統(tǒng)采用ATMEL公司生產的AT89C51單片機，它帶有4KB閃速式存儲器、128B內存，最大工作頻率24MHz，同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，1個串行口。2.2溫度傳感器DS18B20

DS18B20是Dallas公司推出的單線數(shù)字式測溫芯片，它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉換成數(shù)字量輸出。DS18B20與AT89C51的接口電路圖如圖2所示，其中DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機89C51采用P2.0和DS18B20通信。2021/5/913重慶大學汽車系張偉2.344780顯示模塊本系統(tǒng)采用44780驅動的LCD，HD44780（KS0062）是用低功耗CMOS技術制造的大規(guī)模點陣LCD控制器（兼帶驅動器），和4bit/8bit微處理器相連，它能使點陣LCD顯示大小寫英文字母、數(shù)字和符號等豐富的信息，同時有較強的通用性應用，使用方便，用戶能用少量元件就可組成一個完整點陣LCD系統(tǒng)，送入相關的數(shù)據(jù)和指令就可實現(xiàn)所需的顯示。

2021/5/914重慶大學汽車系張偉2.4A/D轉換模塊

2021/5/915重慶大學汽車系張偉2.5步進電機驅動模塊TA8435H是東芝公司生產的單片正弦細分二相步進電機驅動專用芯片，電路簡單，工作可靠。

如圖是TA8435H的一個典型應用電路，該電路用一片TA8435H來驅動一個步進電機，輸入信號有使能控制、正反轉控制和時鐘輸入，通過光耦可將驅動器與輸入級進行電隔離，以起到邏輯電平隔離和保護作用；該電路工作在1/8細分模式（M1接高電平），可減小低速時的振動，R8和C1組成復位電路，D1~D4快恢復二極管可用來泄放繞組電流由于REFIN引腳接高電平，因此VNF為0.8Ｖ，輸出級斬波電流為VNFF/RNF＝0.8/0.8＝1A，選用不同的二相步進電機時，應根據(jù)其電流大小選擇合適的R13和R14。2021/5/916重慶大學汽車系張偉2021/5/917重慶大學汽車系張偉2.6測速傳感器

速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件，所以測速傳感器可以選用霍爾式，由霍爾開關、磁鐵組成。其工作原理是將霍爾開關和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關產生開關信號，通過在單位時間對其計數(shù)可計算出車輛的行駛的瞬時速度，累計開關信號可計算出車輛行使的距離。它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優(yōu)點。2.7其他模擬傳感器

氣壓、油壓、油量等參數(shù)的測量采用模擬傳感器，其輸出的模擬信號通過ADC0809模數(shù)轉換后輸入單片機89C51，經過相應軟件處理后輸出。2021/5/918重慶大學汽車系張偉2.8抗干擾設計汽車、摩托車的點火系統(tǒng)有較強的電磁干擾，另外車輛移動性大，有可能處于較強電磁干擾的環(huán)境中，因此必須采取抗干擾措施，否則系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠運行。本系統(tǒng)采用的是由硬件和軟件相結合的抗干擾措施。系統(tǒng)主要采用了以下五個方面的抗干擾措施。采用抗干擾電源：單片機系統(tǒng)經過UA7805C變壓，然后經過穩(wěn)壓、濾波得到系統(tǒng)電源。另外給每個集成電路芯片都安置一個0.01mF的陶瓷電容器。同時，要有良好接地，數(shù)字地與模擬地要分開，最后只在一點相連。光電隔離：在I/O通道上采用光電隔離器，將單片機系統(tǒng)與各種傳感器、開關從電氣上隔離開來，很大一部分干擾可被阻擋。過壓保護電路：由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，以防止引入高電壓，損害單片機系統(tǒng)。2021/5/919重慶大學汽車系張偉為消除按鈕動作時產生抖動干擾，在按鍵與89C51間加入一個Schmitt觸發(fā)器74HC14。模/數(shù)轉換電路的抗干擾措施：

A/D轉換輸出信號經鎖存器鎖存后傳送給單片機。CPU抗干擾措施：

人工復位：當微處理器失控時，可使用復位方法處理，使程序自動從0000H開始執(zhí)行。掉電保護：因車輛顛簸可能引起電源等接觸不良，使系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)，電源電壓恢復正常后，系統(tǒng)難以恢復正常。系統(tǒng)應該設計掉電保護。將掉電中斷規(guī)定為高級中斷，首先進行現(xiàn)場保護，當電源恢復正常時，單片機重新復位，恢復現(xiàn)場，繼續(xù)工作。至于程序跑飛，可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態(tài)。2021/5/920重慶大學汽車系張偉3軟件設計系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、數(shù)據(jù)采集與A/D轉換子程序、顯示子程序、告警子程序等六大模塊組成，因為C語言編寫的軟件易于實現(xiàn)模塊化，生成的機器代碼質量高、可讀性強、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件可采用C語言編寫，在KeilVision3Demo版本的集成開發(fā)環(huán)境下進行編譯連接。3.1主程序設計

主程序主要完成硬件初始化、子程序調用等功能，主程序流程圖如圖5所。3.2數(shù)據(jù)采集子程序設計

數(shù)據(jù)采集與A/D轉換子程序根據(jù)輸入?yún)?shù)對相應的模擬信號進行采樣、量化及處理，并將相應信號的數(shù)值返回主程序。3.3顯示子程序設計 顯示子程序完成符號、數(shù)值的顯示輸出。3.4中斷子程序設計 中斷子程序有三種中斷源：鍵盤、車輪（一圈一個中斷脈沖）及掉電保護電路，分別完成面板功能設置、測速功能和掉電保護。3.5告警子程序 主要實現(xiàn)異常情況下發(fā)出警告信號。2021/5/921重慶大學汽車系張偉四、虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)

汽車儀表正逐步向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，用數(shù)字化的虛擬儀表取代我國現(xiàn)階段普遍采用的電器式或電子式儀表已成為實現(xiàn)車輛自動化的一個重要課題。虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)不但能完成普通智能儀表的監(jiān)視顯示功能，還能實現(xiàn)車輛的定位導航、后視攝影、網絡通訊、影音娛樂及汽車黑匣子等功能。下面介紹虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的硬件構成、人機界面及基于LabVIEW的軟件實現(xiàn)。2021/5/922重慶大學汽車系張偉(一)虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的關鍵技術數(shù)據(jù)采集技術采集的汽車數(shù)據(jù)除導航用的陀螺儀和里程計等數(shù)據(jù)外，為了解車輛的狀況還需采集汽車主軸轉速、輪胎氣壓及溫度等汽車性能參數(shù)的數(shù)據(jù)。GSM通訊技術要實現(xiàn)車輛的智能化，必須在車輛上建立網絡通訊功能。通訊網絡的選擇是關鍵，它決定系統(tǒng)的容量、可靠性和信息中心監(jiān)控覆蓋的范圍。通訊技術的實現(xiàn)可實現(xiàn)車輛無線通訊、移動辦公及網上沖浪等。數(shù)據(jù)轉儲模塊汽車各個主要設備的狀態(tài)信息、位置信息、速度信息及負荷等是判斷事故發(fā)生原因的重要信息，需要將停車前的歷史數(shù)據(jù)保存，為便于數(shù)據(jù)的輸出，采用非接觸的IC卡或移動硬盤USB存儲數(shù)據(jù)。這就是汽車黑匣子要實現(xiàn)的功能。虛擬數(shù)字式儀表的顯示技術虛擬數(shù)字式儀表的信息量非常大，如采用傳統(tǒng)儀表的顯示方法顯示，車載的儀表數(shù)目將會不斷增多，使車輛儀表板顯得很擁擠，也會加大駕駛員的操作難度，分散駕駛員的注意力。車載虛擬數(shù)字式儀表將所有的信息顯示集合在一個屏幕上，并以分界面的方法顯示，這樣將便于查看信息，取消眾多的儀表，也使儀表板更加美觀。2021/5/923重慶大學汽車系張偉(二)系統(tǒng)的硬件組成及人機界面虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的硬件構成系統(tǒng)硬件的選用和組合原則為：充分考慮各硬件的兼容性和性價比；充分考慮系統(tǒng)的電磁兼容性，保證系統(tǒng)能夠在比較惡劣的電磁環(huán)境下正常工作；滿足系統(tǒng)的基本功能要求，并充分考慮系統(tǒng)的可擴展性和精簡性，預留若干可擴展接口。信息系統(tǒng)由PC機、外圍硬件設備、操作系統(tǒng)及用戶的應用程序4部分組成。外圍硬件設備主要由液晶顯示器、觸摸屏、數(shù)字I/0數(shù)據(jù)采集卡、車輪轉速傳感器、蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)、CCD攝像頭、電視卡、GPS接收器及無線上網卡等組成，虛擬數(shù)字式汽車儀表硬件系統(tǒng)結構如圖所示。2021/5/924重慶大學汽車系張偉2021/5/925重慶大學汽車系張偉虛擬數(shù)字式汽車儀表信息系統(tǒng)的人機界面集成了虛擬技術和數(shù)字技術，具備虛擬儀表、電子后視鏡、故障監(jiān)測、運行記錄、GPS車載定位、多媒體影音、上網通訊及移動辦公等多種功能。功能界面如圖2所示。儀表與指示燈區(qū)顯示車速表、蓄電池電荷狀態(tài)表、蓄電池溫度表、照明與信號指示燈、警報