汽车电子仪表显示装置概述

1、汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,1,第四讲,汽车电子仪表显示装置,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,2,一、汽车仪表的发展动向,当今世界，由于汽车排放、节能、安全和舒适性等使用性能,不断提高，使得汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子,控制装置必须迅速、准确地处理各种信息，并通过电子仪,表显示出来，使驾驶员及时了解并掌握汽车的运行状态,妥善处理各种情况,现在，汽车的故障诊断、全球导航和定位系统的大量、复杂,的信息服务已开始大量装备到汽车上，汽车电子仪表作为,信息显示终端能够完成这些任务。汽车电子仪表显示装置,不仅具有能提供大量、复杂的信息的优点，而且还具有高,精度和高可靠性、一表多用的功能

2、、外形设计美观自由度,高、满足小型、轻量化的要求等特点，因此电子仪表显示,装置成为现代汽车的发展新潮流，具有非常广阔的发展空,间,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,3,1,未来的车用电子仪表化,传统仪表一般是机电式模拟仪表，只能提,供汽车运行中必要而又少量的数据信息,已远远不能满足现代汽车新技术、高速度,的要求。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯,的指示，而是通过对汽车各部件参数的监,测和微处理机配套，从而达到控制汽车各,种运行工况的目的。随着现代电子技术的,发展，多功能高精度、高灵敏度、读数直,观的电子数字显示及图像显示的仪表已不,断地在汽车上应用，汽车电子化仪表将逐,步取代常规的机电仪表,汽车

3、电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,4,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,5,2,计算机终端显示器,未来汽车仪表发展趋势，就充分应用光技,术和机、电一体化技术，并突出现代信息,技术和网络技术的应用，其功能将极大拓,宽，指示形式将演变成计算机终端显示器,随着显示器件，如液晶显示器件的性能,特别是工作温度范围的拓宽，在价格进一,步降低的前提下，汽车仪表的功能将被极,大地拓宽，形式将发生根本改变，外观上,就是一个高清晰度的计算机显示器,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,6,3,未来汽车仪表拓宽功能,汽车仪表的功能将不局限于现在的车速、里程,发动机转速、油量、水温、方向灯指示，可能增,添一些功能，比如

4、带,ECU,的汽车仪表智能化：能,指示安全系统运行状态，如轮胎气压、制动装置,安全气囊、安全带等，这些信号传输形式，将不,再是简单的开关接通和断开直流信号，而是包含,反映这些安全装置工作状态较多信息的调制信号,供,ECU,读取，以便,ECU,能准确地综合判断这些安,全装置的工作状态，并给出故障显示提醒驾驶员,或指导维修人员排除故障,将防盗系统纳入汽车仪表,ECU,的监管下，如车门,后行李箱等处防盗锁指纹识别开启系统，防撬振,动报警装置，防盗点火起动装置等,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,7,4,未来的汽车仪表系统,正向“综合信息系统”的方向发展。这种,仪表系统以液晶显示器为基础，车内通信,

5、与互联网相连，乘员室内各操纵件通过语,音进行控制。汽车收音机,DVD,光播放机,和音响设备等构成乘员室配置部分。构成,信息通信系统的主要部件有：漫游器、移,动电话、电子邮件和国际互联网终端、视,频或电子游戏中控台等。系统的主要功能,有：导航、音响、通信、远程微机通信和,信息处理等,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,8,5,电光学技术在汽车仪表上得到广泛应用,仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要,接口和界面。随着现代汽车工业和电子技,术的发展，汽车中各种系统和机构日趋复,杂，汽车行驶和各部分工作状况的信息量,显著增加。同时，出于对汽车环保、安全,性、经济性、智能化要求的提高，汽车驾,驶员需要更

6、多、更迅速地了解汽车运行的,各种信息，使得汽车电子仪表向信息显示,中心发展，它是驾驶员信息系统重要的组,成部分。汽车电子仪表代替传统机械或电,气机械式模拟仪表已成为发展的趋向,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,9,二、电子显示技术,就是薄型平面电子显示器技术做成的汽车平面仪表板显示数字及信息,十分清晰明了，它代替了以往模拟显示的车速和发动机转速表等，使,驾驶者在开车的同时，仍然可以清楚地看到仪表数字及其他信息的变,动。它反应速度快、指示准确、图形设计灵活、数字清晰、可视性能,好、集成化程度高、可靠性强、功耗低等优点。由于没有运动部件,反应快，可靠性高，其布置灵活紧凑，并有最佳显示形式,显示和

7、内照明器件选用高效冷光源发光器件，导光系统更多体现出光,学领域的新技术,CCD,摄像后视系统，改用电子摄像显示后视系统，驾驶员的视野范围,将更宽,自动导航和定位系统，它可能也是未来汽车仪表上不可缺少的部分,包括,GPS,和电子地图等,具备完善的通讯系统，将来汽车上的计算机系统会与公共互连网相连,以便充分共享信息资源，处理通讯作业将是汽车仪表计算机系统工作,内容的一部分,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,10,电子仪表有用电子显示器件和高压驱动器集成电路，既提高,了测试精度，又可将数字信息输入汽车微机内，实现了车速,与里程等参数的数据分析和计算，使汽车具有更多的自控功,能。转速表、电压表、燃油

8、表、油压表和水温表则采用线性,集成电路，方便配接各类电子传感器件。汽车电子仪表将成,为一个集感觉、识别、分析、信息库存、适应和控制六大功,能于一体的，提供车辆行驶信息、保障安全驾驶的智能化系,统,汽车电子仪表面板，采用微机采集处理不同传感器信号，不,仅可把各种传感器检测到信息，如车速、发动机转速等显示,出来，而且还能把经微机处理、计算、分析后的信息，如燃,油消耗和行车里程等综合信息显示出来。另外，带有诊断程,序的汽车微机还能在汽车行驶过程中，根据发动机、传动系,及行驶系等各机件的运行情况，及时显示出故障诊断的警告,信息，驾驶员想检查时也能随时调出多重显示，或采用按钮,开关实现有选择的显示,汽车

9、电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,11,国内部分中、高档轿车，如一汽红旗世纪星，上汽帕萨特,赛欧、奇瑞，长安世纪星等均配套使用步进电动机式汽车,仪表。其它型号的轿车也正在配套该类型的仪表，步进电,动式汽车仪表，将是未来一段时间内汽车仪表的主导产品,随着电子技术的进步，新型传感器、新型电子显示器件的,出现，汽车电子仪表显示装置得以迅速发展。微机驱动的,仪表板采用微机处理来自传感器的信息，并指挥仪表显示,器。我国的汽车仪表显示装置技术水平较低。国外发达国,家普遍使用全数字式汽车仪表显示装置，而且绝大部分是,步进电动机式汽车仪表，并准备向更高方向发展,虽然国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表，但其开

10、,发还不具备技术条件。全数字式汽车仪表，尤其是步进电,动机式汽车仪表显示装置，是当今和未来一段时间汽车仪,表显示装置的主导技术，有着十分广阔的市场前景。现代,汽车将会越来越多地装用各种用途的电子化仪表显示装置,造型新颖别致和功能强大的电子化仪表显示装置，将是今,后车用仪表的发展趋势和潮流,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,12,三、微机型车用数字仪表,以,MCS 51,单片机为主控器，以,ADC0809,为核心,以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外,围元件的车用数字仪表,VDI,的设计与实现。该,仪表系统具有显示直观、准确，使用方便可靠等优,点，代表了车用仪表的最新发展趋势,1,系统

11、组成及工作原理,本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬,件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换，各,种信息的显示等；软件主要完成信号的处理及控制,功能等,其工作原理是,89C51,单片机依次查询各传感器的,输出信号（气压、油压等模拟传感器输出的模拟信,号需要经过,ADC0809,进行模数转换,然后,89C51,对输入信号进行相应处理后通过显示模块,44780,输出，同时还可输出各种告警信号,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,13,2,硬件构成,该系统硬件主要包括以下几个模块,89C51,主控模块、传感器模块,ADC0809,模,数转换模块,44780,显示模块等。其中,89C51,主要

12、完成外围硬件的控制,以及一些运算功能，传感器完成信号的采样功能,ADC0809,完成将模拟信号转换成数字信号的功能,44780,显示模块完成字符、数字的显示功能,2.1,主控模块,系统采用,ATMEL,公司生产的,AT89C51,单片机，它带有,4KB,闪速式存储器,128B,内存，最大工作频率,24MHz,同时，具有,32,条输入输出线,16,位定时,计数器,5,个中断,源,1,个串行口,2.2,温度传感器,DS18B20,DS18B20,是,Dallas,公司推出的单线数字式测温芯片，它能,在现场采集温度数据，并将温度数据直接转换成数字量输,出,DS18B20,与,AT89C51,的接口电

13、路图如图,2,所示，其中,DS18B20,工作在外部电源供电方式，单片机,89C51,采用,P2.0,和,DS18B20,通信,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,14,2.3 44780,显示模块,本系统采用,44780,驱动的,LCD,HD44780,KS0062,是用低,功耗,CMOS,技术制造的大规模点阵,LCD,控制器（兼带驱动,器），和,4bit/8bit,微处理器相连，它能使点阵,LCD,显示大小写,英文字母、数字和符号等丰富的信息，同时有较强的通用性,应用，使用方便，用户能用少量元件就可组成一个完整点阵,LCD,系统，送入相关的数据和指令就可实现所需的显示,汽车电子仪表,重庆大

14、学汽车系,张伟,15,2.4 A/D,转换模块,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,16,2.5,步进电机驱动模块,TA8435H,是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动,专用芯片，电路简单，工作可靠,如图是,TA8435H,的一个典型应用电路，该电路用一片,TA8435H,来驱动一个步进电机，输入信号有使能控制、正反,转控制和时钟输入，通过光耦可将驱动器与输入级进行电,隔离，以起到逻辑电平隔离和保护作用；该电路工作在,1/8,细分模式,M1,接高电平），可减小低速时的振动,R8,和,C1,组成复位电路,D1D4,由于,REF IN,引脚接高电平，因此,VNF,为,0.8,输出级斩波,电

15、流为,VNFF/RNF,0.8/0.8,1A,选用不同的二相步进电机,时，应根据其电流大小选择合适的,R13,和,R14,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,17,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,18,2.6,测速传感器,速度传感器是车辆传感器中的易损器件，所以测,速传感器可以选用霍尔式，由霍尔开关、磁铁组,成。其工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在,车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的,作用下，霍尔开关产生开关信号，通过在单位时,间对其计数可计算出车辆的行驶的瞬时速度，累,计开关信号可计算出车辆行使的距离。它具有灵,敏度高、价格低廉、不易损坏等优点,2.7,其他模拟传感器,气压、油

16、压、油量等参数的测量采用模拟传感器,其输出的模拟信号通过,ADC0809,模数转换后输入,单片机,89C51,经过相应软件处理后输出,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,19,2.8,抗干扰设计,汽车、摩托车的点火系统有较强的电磁干扰，另外车辆移动性,大，有可能处于较强电磁干扰的环境中，因此必须采取抗干,扰措施，否则系统难以稳定、可靠运行。本系统采用的是由,硬件和软件相结合的抗干扰措施,系统主要采用了以下五个方面的抗干扰措施,采用抗干扰电源：单片机系统经过,UA7805C,变压，然后经过,稳压、滤波得到系统电源。另外给每个集成电路芯片都安置,一个,0.01mF,的陶瓷电容器。同时，要有良好接地

17、，数字地,与模拟地要分开，最后只在一点相连,光电隔离：在,I/O,通道上采用光电隔离器，将单片机系统与各,种传感器、开关从电气上隔离开来，很大一部分干扰可被阻,挡,过压保护电路：由限流电阻和稳压管组成，以防止引入高电,压，损害单片机系统,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,20,为消除按钮动作时产生抖动干扰，在按键与,89C51,间加入一个,Schmitt,触发器,74HC14,模,数转换电路的抗干扰措施,A/D,转换输出信号经锁存器锁存后传送给单片机,CPU,抗干扰措施,人工复位：当微处理器失控时，可使用复位方法,处理，使程序自动从,0000H,开始执行,掉电保护：因车辆颠簸可能引起电源等接

18、触不良,使系统陷入混乱状态，电源电压恢复正常后，系,统难以恢复正常。系统应该设计掉电保护。将掉,电中断规定为高级中断，首先进行现场保护，当,电源恢复正常时，单片机重新复位，恢复现场,继续工作。至于程序跑飞，可以用软件陷阱和看,门狗将程序拉回到复位状态,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,21,3,软件设计,系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与,A/D,转换子程序、显示,子程序、告警子程序等六大模块组成，因为,C,语言编写的软件易于实,现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、移植好，所以本系统,的软件可采用,C,语言编写，在,Keil Vision3 Demo,版本的集成开发环境,下进

19、行编译连接,3.1,主程序设计,主程序主要完成硬件初始化、子程序调用等功能，主程序流程图如图,5,所,3.2,数据采集子程序设计,数据采集与,A/D,转换子程序根据输入参数对相应的模拟信号进行采样,量化及处理，并将相应信号的数值返回主程序,3.3,显示子程序设计,显示子程序完成符号、数值的显示输出,3.4,中断子程序设计,中断子程序有三种中断源：键盘、车轮（一圈一个中断脉冲）及掉电,保护电路，分别完成面板功能设置、测速功能和掉电保护,3.5,告警子程序,主要实现异常情况下发出警告信号,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,22,四、虚拟数字式汽车仪表信息系统,汽车仪表正逐步向数字化和智能化方向发

20、展,用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍采,用的电器式或电子式仪表已成为实现车辆自,动化的一个重要课题,虚拟数字式汽车仪表信息系统不但能完成普,通智能仪表的监视显示功能，还能实现车辆,的定位导航、后视摄影、网络通讯、影音娱,乐及汽车黑匣子等功能。下面介绍虚拟数字,式汽车仪表信息系统的硬件构成、人机界面,及基于,LabVIEW,的软件实现,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,23,一,虚拟数字式汽车仪表信息系统的关键技术,1,数据采集技术,采集的汽车数据除导航用的陀螺仪和里程计等数据外，为了解车辆的状况还,需采集汽车主轴转速、轮胎气压及温度等汽车性能参数的数据,2,GSM,通讯技术,要实现车辆的

21、智能化，必须在车辆上建立网络通讯功能。通讯网络的选择是,关键，它决定系统的容量、可靠性和信息中心监控覆盖的范围。通讯技,术的实现可实现车辆无线通讯、移动办公及网上冲浪等,3,数据转储模块,汽车各个主要设备的状态信息、位置信息、速度信息及负荷等是判断事故发,生原因的重要信息，需要将停车前的历史数据保存，为便于数据的输出,采用非接触的,IC,卡或移动硬盘,USB,存储数据。这就是汽车黑匣子要实现,的功能,4,虚拟数字式仪表的显示技术,虚拟数字式仪表的信息量非常大，如采用传统仪表的显示方法显示，车载的,仪表数目将会不断增多，使车辆仪表板显得很拥挤，也会加大驾驶员的,操作难度，分散驾驶员的注意力。车载

22、虚拟数字式仪表将所有的信息显,示集合在一个屏幕上，并以分界面的方法显示，这样将便于查看信息,取消众多的仪表，也使仪表板更加美观,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,24,二,系统的硬件组成及人机界面,1,虚拟数字式汽车仪表信息系统的硬件构成,系统硬件的选用和组合原则为：充分考虑各硬件的,兼容性和性价比；充分考虑系统的电磁兼容性,保证系统能够在比较恶劣的电磁环境下正常工,作；满足系统的基本功能要求，并充分考虑系,统的可扩展性和精简性，预留若干可扩展接口,信息系统由,PC,机、外围硬件设备、操作系统及用户,的应用程序,4,部分组成。外围硬件设备主要由液,晶显示器、触摸屏、数字,I/0,数据采集卡、车轮,转速传感器、蓄电池监测系统,CCD,摄像头,电视卡,GPS,接收器及无线上网卡等组成，虚,拟数字式汽车仪表硬件系统结构如图所示,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,25,汽车电子仪表,重庆大学汽车系,张伟,26,2,虚拟数字式汽车仪表信息系统的人机界面,集成了虚拟技术和数字技术，具备虚拟仪表、电子后视镜、故障监测,运行记录,GPS,车载定位、多媒体影音、上网通讯及移动办公等多种功,能。功能界面如图,2,所示,仪表与指示灯区,显示车速表