智能化汽車組合儀表的設(shè)計與實現(xiàn)

李繼德

摘 要：在本文中，筆者先從智能化汽車組合儀表的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計出發(fā)，來較為詳細具體的敘述了目前主流的汽車組合儀表的設(shè)計模式。然后圍繞所提出的MCU+TFT-LCD模式的步進電機式智能化汽車組合儀表的設(shè)計方案所具備的可行性進行了論證和闡述。

關(guān)鍵詞：智能化汽車;組合儀表;設(shè)計與實現(xiàn)

1 前言

智能化汽車組合儀表的優(yōu)化設(shè)計可以有效的保障對車速、轉(zhuǎn)速、水溫、燃油量和里程等各類信息的準確檢測和更好的顯示效果，低油量、高水溫報警，車載數(shù)據(jù)掉電保護等功能的發(fā)揮也更加安全穩(wěn)定。在有效實現(xiàn)汽車組合儀表智能化、信息化和圖形化處理目標的基礎(chǔ)上，也具備較高的性價比。另外，系統(tǒng)的各項顯示功能和信息處理的精準度也會更加優(yōu)秀，可以更好的滿足汽車駕駛?cè)藛T在行車安全等方面的功能需求。

2 智能化汽車組合儀表特點

在以往的汽車組合儀表的設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品中，不具備較強的數(shù)字化功能特點，例如，采集信息數(shù)據(jù)量較少，顯示內(nèi)容不足且技術(shù)功能單一且容易出現(xiàn)故障等不足。從而也就無法更好的滿足汽車駕駛?cè)藛T在保障駕駛安全、駕駛舒適度等方面的強烈需求。汽車儀表想要具備數(shù)字化、圖形化和智能化等豐富且穩(wěn)定的技術(shù)功能，就必須要實現(xiàn)汽車的動力系統(tǒng)、整車控制器等所配備的電子設(shè)備可以及時、準確的分析查找和處理汽車的運行狀態(tài)信息。針對所收集的信息數(shù)據(jù)資源，能夠利用CAN總線，在第一時間內(nèi)輸送至相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，進而與汽車組合儀表聯(lián)系起來，確保功能信息顯示工作的順利完成。TFT-LCD（薄膜場效應(yīng)晶體管液晶顯示）具備許多技術(shù)優(yōu)勢，其能夠?qū)Ω嘈畔?nèi)容進行顯示，包含多樣化色彩。不同的信息內(nèi)容，其所顯示的色彩也會存在一定差別。在汽車電子產(chǎn)業(yè)中，通過該技術(shù)，能夠顯著提升汽車組合儀表的科學性、先進性與多樣性。

在TFT-LCD和微控制器技術(shù)的合理融合應(yīng)用下，使得汽車儀表的作用和地位得到了明顯的提升，儀表系統(tǒng)已經(jīng)成為駕駛?cè)藛T用于查看各類功能運行監(jiān)測信息的主要依靠工具，能夠穩(wěn)定實現(xiàn)對汽車運行功能的控制和管理。并且在提升汽車外觀審美效果以及后期的維護保養(yǎng)等都提供了充分的便利和支持。這種規(guī)格型號的顯示儀表在具體的設(shè)計應(yīng)用中，也存在著一定的不足之處，即造價成本價高、生產(chǎn)技術(shù)難度較大、功能的穩(wěn)定性有待提高等，由于存在上述的缺點與不足，這類儀表在普通汽車的生產(chǎn)設(shè)計中并未得到廣泛的應(yīng)用。有了使該儀表技術(shù)得到更好的改進，促進其在普通汽車生產(chǎn)中的廣泛的應(yīng)用。

筆者通過對有關(guān)專業(yè)理論知識內(nèi)容進行學習，并認真借鑒相關(guān)實踐案例，對MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車組合儀表設(shè)計方案進行了制定。其中，關(guān)于MCU方面，應(yīng)當對NEC公司生產(chǎn)的UPD78F0433型單片機產(chǎn)品進行選擇與應(yīng)用，這樣在保障信號采集工作的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)處理效果穩(wěn)定性的提升;利用TFT-LCD，能夠確保汽車運行信息顯示工作的完成。通過該方案，能夠迅速完成汽車組合儀表的信息化、智能化和圖形化處理目標，促使處理效果得到保障。

3 智能化汽車組合儀表系統(tǒng)組成

智能化汽車組合儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計所具備的技術(shù)功能是復雜多樣的，其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為傳統(tǒng)儀表的基本功能、車載信息的采集處理和顯示、車輛故障警示、報警與提示音的合成以及CAN總線通信等。這些內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，除了需要順利高效的感知傳輸來自于傳感器的信息之外。還具備通過CAN總線與車載控制器來完成信息數(shù)據(jù)交換的技術(shù)功能;可以按照車輛采集信息所存在的不同種類的數(shù)據(jù)，來將信號進行模擬量、開關(guān)量和脈沖量等方式的分類。根據(jù)以上所描述的汽車組合儀表所應(yīng)當具備的功能和結(jié)構(gòu)組合，如單片機、DSP、FPGA、ARM等。在進行綜合考慮的基礎(chǔ)上，在本文中運用MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車組合儀表設(shè)計方案來展開論述，該模式的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1：

4 智能化汽車組合儀表硬件設(shè)計

智能化汽車組合儀表所具備的基礎(chǔ)型功能主要由相關(guān)硬件來完成，例如：發(fā)動機轉(zhuǎn)速、里程、油量、水溫等。除此之外，還包括一些用于指揮與報警的照明信號設(shè)備，如左右轉(zhuǎn)向信號、駐車信號、油量報警等。其中，油量、水溫、車速和轉(zhuǎn)速顯示功能的實現(xiàn)，主要由步進電機驅(qū)動指針的技術(shù)功能來完成。在具體應(yīng)用時，依據(jù)智能化汽車的功能與特征，該系統(tǒng)認真貫徹并落實模塊化設(shè)計這一原則，針對智能化汽車組合儀表，認真開展硬件設(shè)計工作。關(guān)于系統(tǒng)模塊方面，電源模塊、車速和轉(zhuǎn)速檢測模塊、油量和水溫檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及液晶驅(qū)動模塊等是其主要內(nèi)容。功能模塊的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計詳見圖2：

關(guān)于相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計方面，主控芯片對UPD78F0433芯片進行了運用，其研制公司為NEC公司，在該芯片內(nèi)，對LCD控制器、液晶顯示屏驅(qū)動器、電源Flash存儲器和看門狗定時器進行了安裝，其片上調(diào)試功能和10位A/D轉(zhuǎn)換功能具備突出的穩(wěn)定性與高效性，是整個行業(yè)最具性價比的8位微控制器。通過供電裝置，能夠為系統(tǒng)供電工作提供強有力的支持，9-16V為其操作運行電壓。在電源模塊中，TLE4275-Q1為其芯片規(guī)格型號，42V是其最大耐壓值，450mA為其最大驅(qū)動電流，進準度的效果標準能夠?qū)崿F(xiàn)2%。關(guān)于車速和轉(zhuǎn)速檢測模塊方面，能夠針對兩種脈沖信號的不同頻率形式，科學開展相關(guān)檢測工作，確保檢測結(jié)果的精確性，在此前提下，能夠?qū)ζ囘\用過程中的實時車速與轉(zhuǎn)速進行明確。伴隨著系統(tǒng)運行所生成的電阻信號數(shù)值，油溫與水溫也會生成一定差異。因此，關(guān)于油溫與水溫檢測工作方面，可以對不同的電壓數(shù)據(jù)進行檢查，進而保證油溫與水溫實時數(shù)據(jù)顯示的精確性。關(guān)于電機驅(qū)動模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，其芯片規(guī)格型號為STI6606，其對CMOS集成電路進行了安置，能夠在同一時間內(nèi)，對四路微型步進電機進行驅(qū)動，1/12是其輸入脈沖對應(yīng)電機輸出軸轉(zhuǎn)動角度，最高角速度能夠與600°/s的優(yōu)秀標準相符合。關(guān)于數(shù)據(jù)存儲模塊方面，主要負責保存汽車行駛中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，例如車速、轉(zhuǎn)速、燃油、水溫和里程等，確保信息保存的安全性與有效性，以免引發(fā)數(shù)據(jù)丟失問題。關(guān)于模塊儀表方面，對24C04規(guī)格型號芯片進行了選擇與應(yīng)用，其具備突出數(shù)據(jù)儲存容量，4K為其最高儲存量。在液晶驅(qū)動模塊中，通過主控芯片類液晶顯示屏驅(qū)動等裝置，能夠最大程度地保障其功能發(fā)揮的系統(tǒng)性與平穩(wěn)性。其獨特優(yōu)勢表現(xiàn)為，能夠?qū)?nèi)外部電阻開展分壓工作，對存儲去數(shù)據(jù)信息進行自主讀取與顯示，具備多樣化幀頻率等。

5 智能化汽車組合儀表軟件設(shè)計

智能化汽車組合儀表的軟件結(jié)構(gòu)主要包括了主程序組成結(jié)構(gòu)和若干子程序組成結(jié)構(gòu)。其中，主程序結(jié)構(gòu)主要承擔著系統(tǒng)初始化、資源分配以及實現(xiàn)對子程序結(jié)構(gòu)功能的協(xié)調(diào)管理等任務(wù)。子程序組成結(jié)構(gòu)承擔著保障其它模塊的技術(shù)功能能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定高效的運行的任務(wù)。在本論文中，C語言和循環(huán)體+中斷的軟件的模式為系統(tǒng)軟件所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先，在各個外部設(shè)備與全局變量中，能夠?qū)⒅鞒绦蚪M成結(jié)構(gòu)的初始化功能，充分體現(xiàn)出來。然后，自進入相關(guān)主循環(huán)體程序之后，會依據(jù)相關(guān)順序，確保相關(guān)功能的實現(xiàn)。例如采樣并處理系統(tǒng)信號、控制并計算步進電機、檢測合成所有報警信號、輸出控制指示燈、顯示并控制TFT-LCD、收發(fā)并控制CAN通信報文等。

另外，這種智能化汽車組合儀表還具備待機功能。在儀表可以處于不需要運行的狀態(tài)時，該主控芯片會能夠及時收到感知信息，并理解進入低功耗模式，有效實現(xiàn)運行電流的減少，確保蓄電池內(nèi)的電量得到更長時間的使用;當需要儀表長期保持運行狀態(tài)時，系統(tǒng)會立即中斷請求并重新啟動主控芯片，從而成功將系統(tǒng)恢復到運行狀態(tài)。

6 結(jié)論

在科技水平迅猛發(fā)展的時代背景下，我國的汽車產(chǎn)業(yè)尤其是與汽車相關(guān)的電子產(chǎn)業(yè)所取得的發(fā)展與進步是非常明顯的。作為汽車各項功能穩(wěn)定發(fā)揮的基礎(chǔ)，汽車儀表是汽車駕駛?cè)藛T及時掌握汽車行駛狀態(tài)的主要工具和載體，有利于駕駛?cè)藛T在汽車駕駛過程中及時準確的查找到存在的不安全隱患，進而采取有效的措施將隱患處理完成，最大化的保障安全駕駛目標的實現(xiàn)。在汽車電子技術(shù)的有力帶動下，汽車的組合儀表已經(jīng)完成從前提的較為簡易的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計向具備多種先進功能組合的智能化設(shè)計方向的轉(zhuǎn)變。具備更多智能化技術(shù)功能的汽車產(chǎn)品也使得其組合儀表發(fā)揮著更加豐富和重要的作用。

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