特種車輛駕駛員任務(wù)終端的設(shè)計

黃萬志+張紅+劉國亮

摘 要： 針對特種車輛信息化、數(shù)字化的提升，為駕駛員實時提供各種行駛與實驗數(shù)據(jù)、同時提高精度和可靠性，設(shè)計實現(xiàn)了基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks及其圖形開發(fā)工具Zinc的特種車輛任務(wù)終端。論述了系統(tǒng)總體方案，以及系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計流程。設(shè)計實現(xiàn)了基于CAN總線的集車輛信息顯示、視頻輔助駕駛、定位導(dǎo)航于一體的駕駛員終端，并在樣機上進行試驗。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，能很好地滿足特種車輛的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞： 特種車輛； 任務(wù)終端； 定位導(dǎo)航； 車輛信息顯示

中圖分類號： TN926?34； TP311.5 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0042?03

Design of driver task terminal for special vehicles

HUANG Wan?zhi， ZHANG Hong， LIU Guo?liang

（Hefei Tongzhi Electromechanical Control Technology Co.， Ltd.， Hefei 230088， China）

Abstract： With the promotion of special vehicles informatization and digitization， the special vehicles task terminal based on the embedded operating system VxWorks and its graphical development tool Zinc was designed and implemented for offering a variety of the driving and experimental record data for drivers in real time. The overall scheme and hardware/software design flow of the system are described. The driver's CAN bus based terminal which integrated vehicle information display， video?assisted driving and positioning navigation was esigned and implemented. It was tested on a prototype. The results show that the system is stable and reliable， and can meet the design requirements of special vehicles.

Keywords： special vehicle； task terminal； positioning navigation； vehicle information display

目前車載技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，我國特種車輛正大力提倡國產(chǎn)化的自主創(chuàng)新之路，特種車輛制造方向集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字方向轉(zhuǎn)變。本系統(tǒng)為駕駛員提供實時車輛行駛狀態(tài)信息、以及中央充放氣、三防設(shè)備、滅火抑爆設(shè)備、炮長終端、車長指揮終端等設(shè)備信息，實現(xiàn)車輛故障信息的實時報警與記錄。并且提供實時車輛導(dǎo)航信息、視頻輔助駕駛功能。該系統(tǒng)采用基于PowerPC平臺下VxWorks操作系統(tǒng)，利用其圖形開發(fā)工具Zinc完成多功能駕駛員終端的設(shè)計。在軟硬件方面都能很好滿足特種車輛駕駛員終端技術(shù)要求，具有良好的應(yīng)用前景。

1 駕駛員任務(wù)終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

特種車輛駕駛員終端通常置于駕駛員儀表板的正中位置，要求能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀態(tài)指示、報警信號輸入、儀表模擬信號采集，將狀態(tài)數(shù)據(jù)用虛擬儀表，位圖、柱狀圖、框圖等形式顯示出來，在實現(xiàn)傳統(tǒng)儀表所具有的功能，同時也提高顯示的精度，提高了人機界面友好性[1]；實現(xiàn)視頻輔助駕駛（紅外攝像）；提供車輛定位導(dǎo)航功能。駕駛員任務(wù)終端是計算機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部包括嵌入式CPU模塊、FPGA模塊、電源控制模塊、CAN通信模塊、顯示模塊等。系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

電源控制模塊：主要給CPU主板、GPS+BD2雙系統(tǒng)模塊、LVDS顯示屏供電，同時能夠?qū)崿F(xiàn)按鍵的采集、按鍵信息上報給駕駛員終端、屏幕亮度調(diào)節(jié)、屏幕自動加溫、除霜等功能。

FPGA模塊：通過CCD采集，CCD輸出模擬視頻，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，然后FPGA模塊處理。輸出的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器編碼后，傳輸?shù)斤@示屏上顯示。

CAN通信模塊：本系統(tǒng)使用CAN總線作為通信網(wǎng)絡(luò)，具有4路隔離的CAN接口，能夠滿足駕駛員終端與其他部件之間的數(shù)據(jù)交互。

顯示模塊：將特種車輛行駛中的相關(guān)信息、地圖數(shù)據(jù)庫（如發(fā)動機信息、變速箱、采集控制器等）以人機界面方式顯示出來，方面駕駛員檢查。

定位導(dǎo)航模塊：通過GPS、北斗雙系統(tǒng)模塊上報信息處理，完成特種車輛定位功能；通過匹配和識別算法來確定車輛在地圖上的位置；根據(jù)電子地圖數(shù)據(jù)庫及實時定位信息幫助駕駛員規(guī)劃行駛路線[2?4]。

2 總體方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件平臺

特種車輛要求能在各種復(fù)雜環(huán)境下正常行駛，在駕駛員任務(wù)終端硬件設(shè)計中要求具有防水、防震、寬溫要求[5]，保證駕駛員終端LCD液晶系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示實時、準(zhǔn)確，CAN總線通信可靠。其系統(tǒng)硬件指標(biāo)見表1。

表1 系統(tǒng)硬件指標(biāo)

駕駛員終端采用寬范圍的電源輸入電壓（11～36 V），同時具有過壓、過流保護能力和電源反接保護能力，適合車輛電源系統(tǒng)。CPU模塊采用一體化設(shè)計，CPU、內(nèi)存、電子硬盤均板上貼片，很好的滿足了結(jié)構(gòu)簡單、小型化、低功耗，無需風(fēng)扇裝置散熱。CPU采用飛思卡爾PowerPC（P2010NXN2HFC），F(xiàn)PGA采用AITERA公司EP4CGX30CF23CBN， TFT – LCD顯示屏采用夏普LQ104V1DG81。

2.2 駕駛員終端的軟件開發(fā)環(huán)境

根據(jù)對國內(nèi)研究單位產(chǎn)品了解，其駕駛員終端的CPU多采用ARM9，X86架構(gòu)，操作系統(tǒng)采用WinCE，VxWorks 5.5系統(tǒng)。駕駛員任務(wù)終端軟件系統(tǒng)要求實時性高，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，處理的數(shù)據(jù)量大，目前研究單位存在主頻與硬件配置較差，處理速度差，可靠性相對較差的缺點，為此該系統(tǒng)改進CPU主板平臺，采用工業(yè)級PowerPC，操作系統(tǒng)采用VxWorks 6.8，使得駕駛員終端具有主頻和硬件配置相對較高，軟件部分采用結(jié)構(gòu)緊湊、占用資源少、高性能、高可靠性的VxWorks嵌入式實時系統(tǒng)+Zinc 6.0，開發(fā)環(huán)境使用風(fēng)河Workbench 3.2。

3 軟件功能的實現(xiàn)

軟件的功能要滿足客戶的設(shè)計要求，具有顯示、讀取車輛各系統(tǒng)工作狀態(tài)、運行參數(shù)等信息的能力，可通過CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)獲取車輛各功能系統(tǒng)狀態(tài)，可對各功能系統(tǒng)進行綜合管理，并可通過故障指示、報警提示車內(nèi)乘員。具有視頻輔助駕駛（紅外攝像）功能；能夠為駕駛員提供車輛定位導(dǎo)航信息。

3.1 界面功能設(shè)計

目前駕駛員終端大部分軟件采用基本的繪圖手段，顯示存在失真現(xiàn)象，同時在美觀方面相對較差虛擬儀表的高清顯示，為了增加界面的美觀性、合理性，符合人機環(huán)設(shè)計要求。本系統(tǒng)采用如下技術(shù)：

（1） JPG格式的圖形設(shè)計，圖形不失真；基本繪圖在儀表盤與指針的顯示上存在失真、抖動現(xiàn)象。時速、轉(zhuǎn)速儀表盤需要根據(jù)發(fā)動機、變速箱上報的CAN數(shù)據(jù)實時更新顯示，尤其轉(zhuǎn)速表刷新頻率要求高，對于基本的繪圖繪制270°指針時會出現(xiàn)指針失真，界面整體性差，美觀性差[6]。本系統(tǒng)設(shè)計為將儀表盤與指針均制作為JPG格式的圖形，通過位圖顯示函數(shù)將圖片拷貝顯示，實現(xiàn)指針相應(yīng)位置的刷新，能有效解決指針失真抖動的問題。同時增加發(fā)動機水溫、機油壓力小儀表盤（120°指針）、圖標(biāo)、柱狀圖、框圖、XP風(fēng)格提示欄等多種方法，使得終端的顯示界面更美觀、豐富、合理。

（2） 按鍵系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)采用模擬系統(tǒng)按鍵效果，通過采集電源控制模塊按鍵信息，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識別的事件，再按照事件響應(yīng)機制，將其發(fā)送給窗口管理器。窗口管理器根據(jù)事件的目的地發(fā)送給相應(yīng)的對象，實現(xiàn)串口鍵盤功能；在嵌入式實時操作系統(tǒng)中實現(xiàn)串口通信，可大大提高系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)范，提高系統(tǒng)獲取信息的能力。

3.2 輔助影像

具有紅外輔助駕駛影像功能，實時監(jiān)控車前人員和車輛情況，并可實時顯示在終端上，可以降低夜間駕駛的危險性；具有倒車輔助視頻功能，檢測到倒檔開關(guān)狀態(tài)后，自動給倒車攝像頭供電，顯示界面切換到倒車輔助顯示界面，輔助駕駛員完成倒車動作。本系統(tǒng)以Aitera公司EP4CGX30CF23CBN為核心，配合高清CCD攝像頭、ADC轉(zhuǎn)化、視頻編碼器等實現(xiàn)。其功能框圖如圖2所示。

圖2 輔助影像功能框圖

實現(xiàn)對倒車視頻的采集與顯示，同時倒車影像對主板、軟件等提出了更高的要求，要求能夠?qū)⒁曨l信號分別進行90°，180°，270°旋轉(zhuǎn)顯示。

3.3 顯示屏低溫自動加溫

駕駛員終端采用夏普LQ104V1DG81液晶顯示屏，因終端要求寬溫工作，在低溫-43 ℃以下儲存24 h后，啟動終端，保證顯示屏15 min內(nèi)顯示正常。駕駛員終端需要實時采集終端殼體溫度，當(dāng)溫度低于-25 ℃時，自動控制接通加溫電阻供電，由加溫電阻給顯示屏加熱，經(jīng)過高低溫驗證，加溫10 min后，液晶顯示屏顯示信息正常，效果良好，當(dāng)溫度高于-17 ℃時自動停止加熱。實現(xiàn)了顯示屏的自動加熱控制，確保低溫情況下液晶顯示屏的正常工作和顯示效果，同時保證了顯示屏不會過度加熱。

3.4 北斗/GPS雙核定位導(dǎo)航系統(tǒng)

駕駛員終端采用北斗+GPS雙模型定位模塊，實現(xiàn)了北斗+GPS定位功能，同時可以采用北斗+GPS+格洛納斯三模型定位模塊（僅需要更換模塊），接口、軟件可兼容，使得駕駛員終端定位功能更強大。駕駛員終端每秒接收一次GPS+BD2雙模塊系統(tǒng)的定位信息（全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)（GNGGA）、GNSS精度因子與有效衛(wèi)星信息（GNGSA）等）。并在終端上顯示導(dǎo)航方式、經(jīng)度、緯度、地面速度、比率、地面航向、目的距離、目的方向等信息。本系統(tǒng)可以通過用戶鍵入，實現(xiàn)電子地圖的瀏覽、定位、縮小、放大、航跡關(guān)閉與清除、圖層控制、像素地圖等操功能作，完成車輛實時定位與導(dǎo)航。

3.5 通信模塊

本系統(tǒng)與外部通信方式采用CAN通信，控制器采用Microchip 的 MCP2515 是一款獨立控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器。CAN總線基于SAE J1939協(xié)議設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸采用CAN2.0B擴展幀，分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層[7]。其功能框圖如圖3所示。

圖3 北斗/GPS雙核定位系統(tǒng)軟件框圖

本系統(tǒng)具有4路隔離CAN接口，提出了基于數(shù)據(jù)優(yōu)先級的CAN應(yīng)用層協(xié)議，系統(tǒng)采用CAN0，CAN1與底盤供電部件通信，CAN2，CAN3與上裝部件通信同時使用雙CAN冗余的通信模塊設(shè)計方法，具有通信響應(yīng)快、抗電磁干擾能力強、故障率低、結(jié)構(gòu)簡單、可擴展性強、可靠性高等優(yōu)點。

4 結(jié) 語

所設(shè)計的駕駛員終端已經(jīng)成功應(yīng)用在某型特種車輛，結(jié)果表明，駕駛員終端可靠性、實時性等各項指標(biāo)能夠滿足特種車輛指標(biāo)，具有較廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)已經(jīng)通過樣機的各項功能試驗。

參考文獻

[1] 陳建明，劉軍輝，丑力.某型戰(zhàn)車駕駛員任務(wù)終端檢測儀的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2010，18（12）：2792?2794.

[2] 屈繼楠，付夢印，劉華，等.基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機信息，2007，23（1）：308?310.

[3] 朱徐華，曾昭周.嵌入式軍用車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)[J].兵工自動化，2011（3）：86?88.

[4] 謝婕.基于GIS的嵌入式軍用電子地圖系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.

[5] 劉秋麗，劉春光，袁東，等.電傳動裝甲車輛顯控終端設(shè)計[J].計算機應(yīng)用自動化與儀表，2011（3）：50?53.

[6] 石紹應(yīng)，張玘，羅詩途.基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的戰(zhàn)車虛擬儀表顯示技術(shù)研究[J].微計算機信息，2005，21（4）：136?137.

[7] HADELER Ralf， MATHONY Hans?J?rg. Design of intelligent body networks [EB/OL]. [2003?03?06]. http：//papers.sae.org/2000?01?0152.

駕駛員終端采用寬范圍的電源輸入電壓（11～36 V），同時具有過壓、過流保護能力和電源反接保護能力，適合車輛電源系統(tǒng)。CPU模塊采用一體化設(shè)計，CPU、內(nèi)存、電子硬盤均板上貼片，很好的滿足了結(jié)構(gòu)簡單、小型化、低功耗，無需風(fēng)扇裝置散熱。CPU采用飛思卡爾PowerPC（P2010NXN2HFC），F(xiàn)PGA采用AITERA公司EP4CGX30CF23CBN， TFT – LCD顯示屏采用夏普LQ104V1DG81。

2.2 駕駛員終端的軟件開發(fā)環(huán)境

根據(jù)對國內(nèi)研究單位產(chǎn)品了解，其駕駛員終端的CPU多采用ARM9，X86架構(gòu)，操作系統(tǒng)采用WinCE，VxWorks 5.5系統(tǒng)。駕駛員任務(wù)終端軟件系統(tǒng)要求實時性高，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，處理的數(shù)據(jù)量大，目前研究單位存在主頻與硬件配置較差，處理速度差，可靠性相對較差的缺點，為此該系統(tǒng)改進CPU主板平臺，采用工業(yè)級PowerPC，操作系統(tǒng)采用VxWorks 6.8，使得駕駛員終端具有主頻和硬件配置相對較高，軟件部分采用結(jié)構(gòu)緊湊、占用資源少、高性能、高可靠性的VxWorks嵌入式實時系統(tǒng)+Zinc 6.0，開發(fā)環(huán)境使用風(fēng)河Workbench 3.2。

3 軟件功能的實現(xiàn)

軟件的功能要滿足客戶的設(shè)計要求，具有顯示、讀取車輛各系統(tǒng)工作狀態(tài)、運行參數(shù)等信息的能力，可通過CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)獲取車輛各功能系統(tǒng)狀態(tài)，可對各功能系統(tǒng)進行綜合管理，并可通過故障指示、報警提示車內(nèi)乘員。具有視頻輔助駕駛（紅外攝像）功能；能夠為駕駛員提供車輛定位導(dǎo)航信息。

3.1 界面功能設(shè)計

目前駕駛員終端大部分軟件采用基本的繪圖手段，顯示存在失真現(xiàn)象，同時在美觀方面相對較差虛擬儀表的高清顯示，為了增加界面的美觀性、合理性，符合人機環(huán)設(shè)計要求。本系統(tǒng)采用如下技術(shù)：

（1） JPG格式的圖形設(shè)計，圖形不失真；基本繪圖在儀表盤與指針的顯示上存在失真、抖動現(xiàn)象。時速、轉(zhuǎn)速儀表盤需要根據(jù)發(fā)動機、變速箱上報的CAN數(shù)據(jù)實時更新顯示，尤其轉(zhuǎn)速表刷新頻率要求高，對于基本的繪圖繪制270°指針時會出現(xiàn)指針失真，界面整體性差，美觀性差[6]。本系統(tǒng)設(shè)計為將儀表盤與指針均制作為JPG格式的圖形，通過位圖顯示函數(shù)將圖片拷貝顯示，實現(xiàn)指針相應(yīng)位置的刷新，能有效解決指針失真抖動的問題。同時增加發(fā)動機水溫、機油壓力小儀表盤（120°指針）、圖標(biāo)、柱狀圖、框圖、XP風(fēng)格提示欄等多種方法，使得終端的顯示界面更美觀、豐富、合理。

（2） 按鍵系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)采用模擬系統(tǒng)按鍵效果，通過采集電源控制模塊按鍵信息，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識別的事件，再按照事件響應(yīng)機制，將其發(fā)送給窗口管理器。窗口管理器根據(jù)事件的目的地發(fā)送給相應(yīng)的對象，實現(xiàn)串口鍵盤功能；在嵌入式實時操作系統(tǒng)中實現(xiàn)串口通信，可大大提高系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)范，提高系統(tǒng)獲取信息的能力。

3.2 輔助影像

具有紅外輔助駕駛影像功能，實時監(jiān)控車前人員和車輛情況，并可實時顯示在終端上，可以降低夜間駕駛的危險性；具有倒車輔助視頻功能，檢測到倒檔開關(guān)狀態(tài)后，自動給倒車攝像頭供電，顯示界面切換到倒車輔助顯示界面，輔助駕駛員完成倒車動作。本系統(tǒng)以Aitera公司EP4CGX30CF23CBN為核心，配合高清CCD攝像頭、ADC轉(zhuǎn)化、視頻編碼器等實現(xiàn)。其功能框圖如圖2所示。

圖2 輔助影像功能框圖

實現(xiàn)對倒車視頻的采集與顯示，同時倒車影像對主板、軟件等提出了更高的要求，要求能夠?qū)⒁曨l信號分別進行90°，180°，270°旋轉(zhuǎn)顯示。

3.3 顯示屏低溫自動加溫

駕駛員終端采用夏普LQ104V1DG81液晶顯示屏，因終端要求寬溫工作，在低溫-43 ℃以下儲存24 h后，啟動終端，保證顯示屏15 min內(nèi)顯示正常。駕駛員終端需要實時采集終端殼體溫度，當(dāng)溫度低于-25 ℃時，自動控制接通加溫電阻供電，由加溫電阻給顯示屏加熱，經(jīng)過高低溫驗證，加溫10 min后，液晶顯示屏顯示信息正常，效果良好，當(dāng)溫度高于-17 ℃時自動停止加熱。實現(xiàn)了顯示屏的自動加熱控制，確保低溫情況下液晶顯示屏的正常工作和顯示效果，同時保證了顯示屏不會過度加熱。

3.4 北斗/GPS雙核定位導(dǎo)航系統(tǒng)

駕駛員終端采用北斗+GPS雙模型定位模塊，實現(xiàn)了北斗+GPS定位功能，同時可以采用北斗+GPS+格洛納斯三模型定位模塊（僅需要更換模塊），接口、軟件可兼容，使得駕駛員終端定位功能更強大。駕駛員終端每秒接收一次GPS+BD2雙模塊系統(tǒng)的定位信息（全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)（GNGGA）、GNSS精度因子與有效衛(wèi)星信息（GNGSA）等）。并在終端上顯示導(dǎo)航方式、經(jīng)度、緯度、地面速度、比率、地面航向、目的距離、目的方向等信息。本系統(tǒng)可以通過用戶鍵入，實現(xiàn)電子地圖的瀏覽、定位、縮小、放大、航跡關(guān)閉與清除、圖層控制、像素地圖等操功能作，完成車輛實時定位與導(dǎo)航。

3.5 通信模塊

本系統(tǒng)與外部通信方式采用CAN通信，控制器采用Microchip 的 MCP2515 是一款獨立控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器。CAN總線基于SAE J1939協(xié)議設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸采用CAN2.0B擴展幀，分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層[7]。其功能框圖如圖3所示。

圖3 北斗/GPS雙核定位系統(tǒng)軟件框圖

本系統(tǒng)具有4路隔離CAN接口，提出了基于數(shù)據(jù)優(yōu)先級的CAN應(yīng)用層協(xié)議，系統(tǒng)采用CAN0，CAN1與底盤供電部件通信，CAN2，CAN3與上裝部件通信同時使用雙CAN冗余的通信模塊設(shè)計方法，具有通信響應(yīng)快、抗電磁干擾能力強、故障率低、結(jié)構(gòu)簡單、可擴展性強、可靠性高等優(yōu)點。

4 結(jié) 語

所設(shè)計的駕駛員終端已經(jīng)成功應(yīng)用在某型特種車輛，結(jié)果表明，駕駛員終端可靠性、實時性等各項指標(biāo)能夠滿足特種車輛指標(biāo)，具有較廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)已經(jīng)通過樣機的各項功能試驗。

參考文獻

[1] 陳建明，劉軍輝，丑力.某型戰(zhàn)車駕駛員任務(wù)終端檢測儀的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2010，18（12）：2792?2794.

[2] 屈繼楠，付夢印，劉華，等.基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機信息，2007，23（1）：308?310.

[3] 朱徐華，曾昭周.嵌入式軍用車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)[J].兵工自動化，2011（3）：86?88.

[4] 謝婕.基于GIS的嵌入式軍用電子地圖系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.

[5] 劉秋麗，劉春光，袁東，等.電傳動裝甲車輛顯控終端設(shè)計[J].計算機應(yīng)用自動化與儀表，2011（3）：50?53.

[6] 石紹應(yīng)，張玘，羅詩途.基于嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的戰(zhàn)車虛擬儀表顯示技術(shù)研究[J].微計算機信息，2005，21（4）：136?137.

[7] HADELER Ralf， MATHONY Hans?J?rg. Design of intelligent body networks [EB/OL]. [2003?03?06]. http：//papers.sae.org/2000?01?0152.

駕駛員終端采用寬范圍的電源輸入電壓（11～36 V），同時具有過壓、過流保護能力和電源反接保護能力，適合車輛電源系統(tǒng)。CPU模塊采用一體化設(shè)計，CPU、內(nèi)存、電子硬盤均板上貼片，很好的滿足了結(jié)構(gòu)簡單、小型化、低功耗，無需風(fēng)扇裝置散熱。CPU采用飛思卡爾PowerPC（P2010NXN2HFC），F(xiàn)PGA采用AITERA公司EP4CGX30CF23CBN， TFT – LCD顯示屏采用夏普LQ104V1DG81。

2.2 駕駛員終端的軟件開發(fā)環(huán)境

根據(jù)對國內(nèi)研究單位產(chǎn)品了解，其駕駛員終端的CPU多采用ARM9，X86架構(gòu)，操作系統(tǒng)采用WinCE，VxWorks 5.5系統(tǒng)。駕駛員任務(wù)終端軟件系統(tǒng)要求實時性高，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，處理的數(shù)據(jù)量大，目前研究單位存在主頻與硬件配置較差，處理速度差，可靠性相對較差的缺點，為此該系統(tǒng)改進CPU主板平臺，采用工業(yè)級PowerPC，操作系統(tǒng)采用VxWorks 6.8，使得駕駛員終端具有主頻和硬件配置相對較高，軟件部分采用結(jié)構(gòu)緊湊、占用資源少、高性能、高可靠性的VxWorks嵌入式實時系統(tǒng)+Zinc 6.0，開發(fā)環(huán)境使用風(fēng)河Workbench 3.2。

3 軟件功能的實現(xiàn)

軟件的功能要滿足客戶的設(shè)計要求，具有顯示、讀取車輛各系統(tǒng)工作狀態(tài)、運行參數(shù)等信息的能力，可通過CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)獲取車輛各功能系統(tǒng)狀態(tài)，可對各功能系統(tǒng)進行綜合管理，并可通過故障指示、報警提示車內(nèi)乘員。具有視頻輔助駕駛（紅外攝像）功能；能夠為駕駛員提供車輛定位導(dǎo)航信息。

3.1 界面功能設(shè)計

目前駕駛員終端大部分軟件采用基本的繪圖手段，顯示存在失真現(xiàn)象，同時在美觀方面相對較差虛擬儀表的高清顯示，為了增加界面的美觀性、合理性，符合人機環(huán)設(shè)計要求。本系統(tǒng)采用如下技術(shù)：

（1） JPG格式的圖形設(shè)計，圖形不失真；基本繪圖在儀表盤與指針的顯示上存在失真、抖動現(xiàn)象。時速、轉(zhuǎn)速儀表盤需要根據(jù)發(fā)動機、變速箱上報的CAN數(shù)據(jù)實時更新顯示，尤其轉(zhuǎn)速表刷新頻率要求高，對于基本的繪圖繪制270°指針時會出現(xiàn)指針失真，界面整體性差，美觀性差[6]。本系統(tǒng)設(shè)計為將儀表盤與指針均制作為JPG格式的圖形，通過位圖顯示函數(shù)將圖片拷貝顯示，實現(xiàn)指針相應(yīng)位置的刷新，能有效解決指針失真抖動的問題。同時增加發(fā)動機水溫、機油壓力小儀表盤（120°指針）、圖標(biāo)、柱狀圖、框圖、XP風(fēng)格提示欄等多種方法，使得終端的顯示界面更美觀、豐富、合理。

（2） 按鍵系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)采用模擬系統(tǒng)按鍵效果，通過采集電源控制模塊按鍵信息，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識別的事件，再按照事件響應(yīng)機制，將其發(fā)送給窗口管理器。窗口管理器根據(jù)事件的目的地發(fā)送給相應(yīng)的對象，實現(xiàn)串口鍵盤功能；在嵌入式實時操作系統(tǒng)中實現(xiàn)串口通信，可大大提高系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)范，提高系統(tǒng)獲取信息的能力。

3.2 輔助影像

具有紅外輔助駕駛影像功能，實時監(jiān)控車前人員和車輛情況，并可實時顯示在終端上，可以降低夜間駕駛的危險性；具有倒車輔助視頻功能，檢測到倒檔開關(guān)狀態(tài)后，自動給倒車攝像頭供電，顯示界面切換到倒車輔助顯示界面，輔助駕駛員完成倒車動作。本系統(tǒng)以Aitera公司EP4CGX30CF23CBN為核心，配合高清CCD攝像頭、ADC轉(zhuǎn)化、視頻編碼器等實現(xiàn)。其功能框圖如圖2所示。

圖2 輔助影像功能框圖

實現(xiàn)對倒車視頻的采集與顯示，同時倒車影像對主板、軟件等提出了更高的要求，要求能夠?qū)⒁曨l信號分別進行90°，180°，270°旋轉(zhuǎn)顯示。

3.3 顯示屏低溫自動加溫

駕駛員終端采用夏普LQ104V1DG81液晶顯示屏，因終端要求寬溫工作，在低溫-43 ℃以下儲存24 h后，啟動終端，保證顯示屏15 min內(nèi)顯示正常。駕駛員終端需要實時采集終端殼體溫度，當(dāng)溫度低于-25 ℃時，自動控制接通加溫電阻供電，由加溫電阻給顯示屏加熱，經(jīng)過高低溫驗證，加溫10 min后，液晶顯示屏顯示信息正常，效果良好，當(dāng)溫度高于-17 ℃時自動停止加熱。實現(xiàn)了顯示屏的自動加熱控制，確保低溫情況下液晶顯示屏的正常工作和顯示效果，同時保證了顯示屏不會過度加熱。

3.4 北斗/GPS雙核定位導(dǎo)航系統(tǒng)

駕駛員終端采用北斗+GPS雙模型定位模塊，實現(xiàn)了北斗+GPS定位功能，同時可以采用北斗+GPS+格洛納斯三模型定位模塊（僅需要更換模塊），接口、軟件可兼容，使得駕駛員終端定位功能更強大。駕駛員終端每秒接收一次GPS+BD2雙模塊系統(tǒng)的定位信息（全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)（GNGGA）、GNSS精度因子與有效衛(wèi)星信息（GNGSA）等）。并在終端上顯示導(dǎo)航方式、經(jīng)度、緯度、地面速度、比率、地面航向、目的距離、目的方向等信息。本系統(tǒng)可以通過用戶鍵入，實現(xiàn)電子地圖的瀏覽、定位、縮小、放大、航跡關(guān)閉與清除、圖層控制、像素地圖等操功能作，完成車輛實時定位與導(dǎo)航。

3.5 通信模塊

本系統(tǒng)與外部通信方式采用CAN通信，控制器采用Microchip 的 MCP2515 是一款獨立控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器。CAN總線基于SAE J1939協(xié)議設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸采用CAN2.0B擴展幀，分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層[7]。其功能框圖如圖3所示。

圖3 北斗/GPS雙核定位系統(tǒng)軟件框圖

本系統(tǒng)具有4路隔離CAN接口，提出了基于數(shù)據(jù)優(yōu)先級的CAN應(yīng)用層協(xié)議，系統(tǒng)采用CAN0，CAN1與底盤供電部件通信，CAN2，CAN3與上裝部件通信同時使用雙CAN冗余的通信模塊設(shè)計方法，具有通信響應(yīng)快、抗電磁干擾能力強、故障率低、結(jié)構(gòu)簡單、可擴展性強、可靠性高等優(yōu)點。

4 結(jié) 語

所設(shè)計的駕駛員終端已經(jīng)成功應(yīng)用在某型特種車輛，結(jié)果表明，駕駛員終端可靠性、實時性等各項指標(biāo)能夠滿足特種車輛指標(biāo)，具有較廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)已經(jīng)通過樣機的各項功能試驗。

參考文獻

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