葉遠(yuǎn)堅(jiān)

（南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速迅猛發(fā)展，人民收入水平的增加，汽車工業(yè)的快速發(fā)展，使得汽車開始平民化，迅速走入千家萬戶。從2009年開始我國汽車產(chǎn)銷量已突破1000萬輛大關(guān)[1]，至2013年汽車產(chǎn)銷量超過2000萬輛[2]。我國汽車普及率迅速提高，截至2018年12月，我國百戶家庭私家車擁有量超過40輛[3]。隨著汽車科技的進(jìn)步，人們對車輛的舒適度提出了更高的要求。

由于觸摸屏有良好的人機(jī)交互性能，如果汽車的某些人機(jī)交互功能可以通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)，可以更好地提高汽車的使用性能，但這也提高了駕車人對汽車的控制要求。本文以觸摸屏為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式組態(tài)的觸摸屏和可編程控制器等組成的人機(jī)交互式汽車車身控制系統(tǒng)。觸摸屏是一種可通過液晶屏幕前端的傳感器感應(yīng)到物體的觸碰，將觸碰信號變換成相應(yīng)的電信號，并輸送到控制器，實(shí)現(xiàn)對汽車的控制。本文利用廣西上汽通用五菱汽車的汽車車身設(shè)備控制作為樣板來進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。

1 基于觸摸屏的汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文采用SIEMENSS7-200PLC和昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏TPC7062KT組成了這個(gè)控制系統(tǒng)。

通過SIEMENS S7-200PLC226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8和昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏TPC7062KT組成的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對汽車的前照燈（近燈和遠(yuǎn)燈）、轉(zhuǎn)向燈（左轉(zhuǎn)向和右轉(zhuǎn)向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、汽車雨刮器、汽車空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行控制[4-5]。以廣西上汽通用五菱汽車車身設(shè)備控制為樣板，本文設(shè)計(jì)并制作的系統(tǒng)模型框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模型框圖

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了保證本汽車控制裝置可靠運(yùn)行，在汽車監(jiān)控層設(shè)計(jì)中選用了昆侖工控MCGS觸摸屏TPC7062KT來監(jiān)控和顯示汽車的車身裝置的運(yùn)行狀態(tài)，方便駕駛員實(shí)時(shí)觀察汽車車身設(shè)備的運(yùn)行情況，做出正確合理的控制命令。汽車控制層設(shè)計(jì)中選用了西門子S7-200PLC226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8作為控制核心。在汽車車身設(shè)備層選用了汽車的前照燈（近燈和遠(yuǎn)燈），轉(zhuǎn)向燈（左轉(zhuǎn)向和右轉(zhuǎn)向），示寬燈（左示寬和右示寬），汽車雨刮器，汽車空調(diào)等設(shè)備，并配備相應(yīng)的軟件，確?？煽俊⒂行У倪\(yùn)行。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

控制系統(tǒng)各部分組成介紹：

第一級：汽車設(shè)備層

汽車設(shè)備層主要是對前照燈、近燈、遠(yuǎn)燈、轉(zhuǎn)向燈、示寬燈、汽車雨刮器電機(jī)，汽車空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行控制，并將反饋信號發(fā)送至控制層，在觸摸屏上顯示出來。

第二級：汽車控制層

在汽車設(shè)備層上的設(shè)備連接到可編程控制器S7-200PLC上，當(dāng)設(shè)備層的設(shè)備發(fā)出控制信號時(shí)，由S7-200PLC將控制信息傳送至觸摸屏。同時(shí)，在汽車設(shè)備層還設(shè)置了相應(yīng)的按鈕進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)雙重保障。當(dāng)駕駛員不使用觸摸屏控制時(shí)，可以通過相應(yīng)的按鈕或者旋鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層各個(gè)設(shè)備的控制，例如利用旋鈕可以對車燈進(jìn)行控制，利用檔位開關(guān)可以對雨刮器進(jìn)行控制，利用按鈕可以對汽車的空調(diào)進(jìn)行控制等。

第三級：監(jiān)控控制

控制室由1臺昆侖工控MCGS觸摸屏組成。駕駛員可通過觸摸屏，清楚的了解各設(shè)備的運(yùn)行情況，掌握汽車當(dāng)前的監(jiān)視參數(shù)的變化、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)。汽車各設(shè)備情況可以通過圖形畫面等形式直觀的顯示。

1.2 樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制作

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)模型利用工業(yè)鋁型材、亞克力板，搭載了一個(gè)汽車車身，利用西門子可編程控制器作為控制核心，并將上汽通用五菱汽車的前照燈（近燈和遠(yuǎn)燈）、轉(zhuǎn)向燈（左轉(zhuǎn)向和右轉(zhuǎn)向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、五菱榮光三線大燈開關(guān)、宏光V霧燈開關(guān)、汽車雨刮器（包括華波五菱榮光雨刮電機(jī)，五菱榮光有骨雨刷，宏光雨刮總成噴嘴器（電機(jī)+水壺+噴嘴）等）、五菱榮光空調(diào)等搭載在了模擬的汽車車身上，設(shè)計(jì)和制作了基于觸摸屏的汽車控制系統(tǒng)裝置?；谟|摸屏的汽車控制系統(tǒng)實(shí)物如圖3所示。

1.3 硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文選用了西門子S7-200可編程控制器226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8作為基于觸摸屏的汽車控制系統(tǒng)的控制核心，上位機(jī)監(jiān)控采用了北京昆侖工控MCGS的TPC7062KX。采用西門子S7-200可編程控制器6ES7 216-2BD23-0XB8設(shè)計(jì)了燈光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、雨刮器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)汽車燈光的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的汽車燈光分為遠(yuǎn)燈Q0.1、近燈 Q0.2，左轉(zhuǎn)向燈 Q0.3、右轉(zhuǎn)向燈 Q0.4，破霧燈Q0.5。燈光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 燈光結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)汽車空調(diào)使用的情況，設(shè)計(jì)了的汽車空調(diào)分為制冷Q0.6、制熱Q0.7，四個(gè)檔位一檔Q1.0、二檔Q1.1，三檔Q1.2、四檔Q1.3，車內(nèi)循環(huán)Q1.4?？照{(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 空調(diào)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)汽車雨刮器使用的情況，設(shè)計(jì)了的汽車雨刮器分為三個(gè)檔位，一檔Q1.5、二檔Q1.6，三檔Q1.7。汽車雨刮器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

圖6 雨刮器結(jié)構(gòu)框圖

1.4 觸摸屏的設(shè)計(jì)與制作

觸摸屏的設(shè)計(jì)與制作采用了昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏TPC7062KT，能夠更加直觀、清晰地展示人機(jī)交互組態(tài)界面，設(shè)計(jì)的控制界面，有利于駕駛員操作，駕駛員通過控制畫面，可以清晰直面地查看到汽車的設(shè)備運(yùn)行情況，如車燈的大燈、近燈和遠(yuǎn)燈、示寬燈、空調(diào)運(yùn)行、雨刮器等各種設(shè)備的運(yùn)行情況和各種設(shè)備的故障報(bào)警信息等，有利于駕駛員通過直觀的操作了解實(shí)際的操作控制情況。設(shè)計(jì)的汽車控制系統(tǒng)的控制畫面。組態(tài)界面如圖7所示。

圖7 汽車控制的組態(tài)界面

可以通過觸摸屏的界面對汽車空調(diào)進(jìn)行控制。對汽車空調(diào)控制有兩種模式：一種是空調(diào)模式；一種是普通模式。普通模式就是簡單的吹風(fēng)功能相當(dāng)于一個(gè)電風(fēng)扇的功能，吹出車體外的空氣（相當(dāng)于自然風(fēng)），還可以調(diào)整風(fēng)力的大??；空調(diào)模式可以選擇制熱或者制冷，當(dāng)觸摸空調(diào)模式的開關(guān)按鈕時(shí)，打開空調(diào)模式，可以按鈕制冷或者制熱，可以加減風(fēng)力的大小，可以加減檔位，檔位有 1，2，3，4 這四種檔位；還可以選擇車窗除霧，車內(nèi)空氣循環(huán)等。

可以通過觸摸屏的界面對汽車車燈進(jìn)行控制。當(dāng)通過觸摸屏來控制燈光時(shí)，可以通過觸摸屏上的按鈕來控制汽車車燈，燈光分為近光燈、遠(yuǎn)光燈、破霧燈、左閃燈、右閃燈，雙閃模式。

根據(jù)前車窗雨水的程度，可以通過觸摸屏的慢檔按鈕、中檔按鈕和快檔按鈕三個(gè)檔位來調(diào)節(jié)汽車雨刮器的雨刮快慢。

2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)制作并實(shí)現(xiàn)了一種基于人機(jī)交互系統(tǒng)的觸摸屏對汽車的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。本套系統(tǒng)可以通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對汽車的前照燈（近燈和遠(yuǎn)燈）、轉(zhuǎn)向燈（左轉(zhuǎn)向和右轉(zhuǎn)向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、汽車雨刮器、汽車空調(diào)等設(shè)備的控制，提高了人機(jī)交互性，有利于駕駛?cè)藛T的操作，對汽車控制的改進(jìn)有較好的借鑒作用和意義，具有較好的應(yīng)用前景。