李繼德

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

關(guān)鍵詞：智能化汽車(chē);組合儀表;設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 前言

智能化汽車(chē)組合儀表的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效的保障對(duì)車(chē)速、轉(zhuǎn)速、水溫、燃油量和里程等各類(lèi)信息的準(zhǔn)確檢測(cè)和更好的顯示效果，低油量、高水溫報(bào)警，車(chē)載數(shù)據(jù)掉電保護(hù)等功能的發(fā)揮也更加安全穩(wěn)定。在有效實(shí)現(xiàn)汽車(chē)組合儀表智能化、信息化和圖形化處理目標(biāo)的基礎(chǔ)上，也具備較高的性?xún)r(jià)比。另外，系統(tǒng)的各項(xiàng)顯示功能和信息處理的精準(zhǔn)度也會(huì)更加優(yōu)秀，可以更好的滿(mǎn)足汽車(chē)駕駛?cè)藛T在行車(chē)安全等方面的功能需求。

2 智能化汽車(chē)組合儀表特點(diǎn)

在以往的汽車(chē)組合儀表的設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品中，不具備較強(qiáng)的數(shù)字化功能特點(diǎn)，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(wú)法更好的滿(mǎn)足汽車(chē)駕駛?cè)藛T在保障駕駛安全、駕駛舒適度等方面的強(qiáng)烈需求。汽車(chē)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(shí)現(xiàn)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)、整車(chē)控制器等所配備的電子設(shè)備可以及時(shí)、準(zhǔn)確的分析查找和處理汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息。針對(duì)所收集的信息數(shù)據(jù)資源，能夠利用CAN總線(xiàn)，在第一時(shí)間內(nèi)輸送至相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而與汽車(chē)組合儀表聯(lián)系起來(lái)，確保功能信息顯示工作的順利完成。TFT-LCD（薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶顯示）具備許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其能夠?qū)Ω嘈畔?nèi)容進(jìn)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(huì)存在一定差別。在汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)中，通過(guò)該技術(shù)，能夠顯著提升汽車(chē)組合儀表的科學(xué)性、先進(jìn)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(chē)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(lèi)功能運(yùn)行監(jiān)測(cè)信息的主要依靠工具，能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)運(yùn)行功能的控制和管理。并且在提升汽車(chē)外觀審美效果以及后期的維護(hù)保養(yǎng)等都提供了充分的便利和支持。這種規(guī)格型號(hào)的顯示儀表在具體的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，也存在著一定的不足之處，即造價(jià)成本價(jià)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(diǎn)與不足，這類(lèi)儀表在普通汽車(chē)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(jìn)，促進(jìn)其在普通汽車(chē)生產(chǎn)中的廣泛的應(yīng)用。

筆者通過(guò)對(duì)有關(guān)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，并認(rèn)真借鑒相關(guān)實(shí)踐案例，對(duì)MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了制定。其中，關(guān)于MCU方面，應(yīng)當(dāng)對(duì)NEC公司生產(chǎn)的UPD78F0433型單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選擇與應(yīng)用，這樣在保障信號(hào)采集工作的同時(shí)，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(chē)運(yùn)行信息顯示工作的完成。通過(guò)該方案，能夠迅速完成汽車(chē)組合儀表的信息化、智能化和圖形化處理目標(biāo)，促使處理效果得到保障。

3 智能化汽車(chē)組合儀表系統(tǒng)組成

智能化汽車(chē)組合儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所具備的技術(shù)功能是復(fù)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(chē)載信息的采集處理和顯示、車(chē)輛故障警示、報(bào)警與提示音的合成以及CAN總線(xiàn)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(lái)自于傳感器的信息之外。還具備通過(guò)CAN總線(xiàn)與車(chē)載控制器來(lái)完成信息數(shù)據(jù)交換的技術(shù)功能;可以按照車(chē)輛采集信息所存在的不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)，來(lái)將信號(hào)進(jìn)行模擬量、開(kāi)關(guān)量和脈沖量等方式的分類(lèi)。根據(jù)以上所描述的汽車(chē)組合儀表所應(yīng)當(dāng)具備的功能和結(jié)構(gòu)組合，如單片機(jī)、DSP、FPGA、ARM等。在進(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)上，在本文中運(yùn)用MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)方案來(lái)展開(kāi)論述，該模式的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1：

4 智能化汽車(chē)組合儀表硬件設(shè)計(jì)

智能化汽車(chē)組合儀表所具備的基礎(chǔ)型功能主要由相關(guān)硬件來(lái)完成，例如：發(fā)動(dòng)機(jī)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(bào)警的照明信號(hào)設(shè)備，如左右轉(zhuǎn)向信號(hào)、駐車(chē)信號(hào)、油量報(bào)警等。其中，油量、水溫、車(chē)速和轉(zhuǎn)速顯示功能的實(shí)現(xiàn)，主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針的技術(shù)功能來(lái)完成。在具體應(yīng)用時(shí)，依據(jù)智能化汽車(chē)的功能與特征，該系統(tǒng)認(rèn)真貫徹并落實(shí)模塊化設(shè)計(jì)這一原則，針對(duì)智能化汽車(chē)組合儀表，認(rèn)真開(kāi)展硬件設(shè)計(jì)工作。關(guān)于系統(tǒng)模塊方面，電源模塊、車(chē)速和轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、油量和水溫檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及液晶驅(qū)動(dòng)模塊等是其主要內(nèi)容。功能模塊的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2：

關(guān)于相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，主控芯片對(duì)UPD78F0433芯片進(jìn)行了運(yùn)用，其研制公司為NEC公司，在該芯片內(nèi)，對(duì)LCD控制器、液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)器、電源Flash存儲(chǔ)器和看門(mén)狗定時(shí)器進(jìn)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(gè)行業(yè)最具性?xún)r(jià)比的8位微控制器。通過(guò)供電裝置，能夠?yàn)橄到y(tǒng)供電工作提供強(qiáng)有力的支持，9-16V為其操作運(yùn)行電壓。在電源模塊中，TLE4275-Q1為其芯片規(guī)格型號(hào)，42V是其最大耐壓值，450mA為其最大驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)準(zhǔn)度的效果標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)2%。關(guān)于車(chē)速和轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊方面，能夠針對(duì)兩種脈沖信號(hào)的不同頻率形式，科學(xué)開(kāi)展相關(guān)檢測(cè)工作，確保檢測(cè)結(jié)果的精確性，在此前提下，能夠?qū)ζ?chē)運(yùn)用過(guò)程中的實(shí)時(shí)車(chē)速與轉(zhuǎn)速進(jìn)行明確。伴隨著系統(tǒng)運(yùn)行所生成的電阻信號(hào)數(shù)值，油溫與水溫也會(huì)生成一定差異。因此，關(guān)于油溫與水溫檢測(cè)工作方面，可以對(duì)不同的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，進(jìn)而保證油溫與水溫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的精確性。關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，其芯片規(guī)格型號(hào)為STI6606，其對(duì)CMOS集成電路進(jìn)行了安置，能夠在同一時(shí)間內(nèi)，對(duì)四路微型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，1/12是其輸入脈沖對(duì)應(yīng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，最高角速度能夠與600°/s的優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)相符合。關(guān)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊方面，主要負(fù)責(zé)保存汽車(chē)行駛中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，例如車(chē)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(wèn)題。關(guān)于模塊儀表方面，對(duì)24C04規(guī)格型號(hào)芯片進(jìn)行了選擇與應(yīng)用，其具備突出數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量，4K為其最高儲(chǔ)存量。在液晶驅(qū)動(dòng)模塊中，通過(guò)主控芯片類(lèi)液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)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(dú)特優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為，能夠?qū)?nèi)外部電阻開(kāi)展分壓工作，對(duì)存儲(chǔ)去數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自主讀取與顯示，具備多樣化幀頻率等。

5 智能化汽車(chē)組合儀表軟件設(shè)計(jì)

智能化汽車(chē)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(dān)著系統(tǒng)初始化、資源分配以及實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dān)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(yùn)行的任務(wù)。在本論文中，C語(yǔ)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(jì)。首先，在各個(gè)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(lái)。然后，自進(jìn)入相關(guān)主循環(huán)體程序之后，會(huì)依據(jù)相關(guān)順序，確保相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。例如采樣并處理系統(tǒng)信號(hào)、控制并計(jì)算步進(jìn)電機(jī)、檢測(cè)合成所有報(bào)警信號(hào)、輸出控制指示燈、顯示并控制TFT-LCD、收發(fā)并控制CAN通信報(bào)文等。

另外，這種智能化汽車(chē)組合儀表還具備待機(jī)功能。在儀表可以處于不需要運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)，該主控芯片會(huì)能夠及時(shí)收到感知信息，并理解進(jìn)入低功耗模式，有效實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電流的減少，確保蓄電池內(nèi)的電量得到更長(zhǎng)時(shí)間的使用;當(dāng)需要儀表長(zhǎng)期保持運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即中斷請(qǐng)求并重新啟動(dòng)主控芯片，從而成功將系統(tǒng)恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié)論

在科技水平迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下，我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)尤其是與汽車(chē)相關(guān)的電子產(chǎn)業(yè)所取得的發(fā)展與進(jìn)步是非常明顯的。作為汽車(chē)各項(xiàng)功能穩(wěn)定發(fā)揮的基礎(chǔ)，汽車(chē)儀表是汽車(chē)駕駛?cè)藛T及時(shí)掌握汽車(chē)行駛狀態(tài)的主要工具和載體，有利于駕駛?cè)藛T在汽車(chē)駕駛過(guò)程中及時(shí)準(zhǔn)確的查找到存在的不安全隱患，進(jìn)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(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在汽車(chē)電子技術(shù)的有力帶動(dòng)下，汽車(chē)的組合儀表已經(jīng)完成從前提的較為簡(jiǎn)易的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向具備多種先進(jìn)功能組合的智能化設(shè)計(jì)方向的轉(zhuǎn)變。具備更多智能化技術(shù)功能的汽車(chē)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊興山[1]，汪激[2]，劉寅[1].基于嵌入式的智能化汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)[J].微型電腦應(yīng)用，2018（9）.

[2]楊曉鋒，王永和，段翱，et al.基于CAN總線(xiàn)下全數(shù)字智能化汽車(chē)組合儀表：2017（05）.

[3]蘭琳，陳釗，LANLin，et al.汽車(chē)智能化組合儀表的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2017，36（3）：115-116.