智能化汽車組合儀表的設計與實現

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構和軟件設計出發，來較為詳細具體的敘述了目前主流的汽車組合儀表的設計模式。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計方案所具備的可行性進行了論證和闡述。

關鍵詞：智能化汽車;組合儀表;設計與實現

1 前言

智能化汽車組合儀表的優化設計可以有效的保障對車速、轉速、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，車載數據掉電保護等功能的發揮也更加安全穩定。在有效實現汽車組合儀表智能化、信息化和圖形化處理目標的基礎上，也具備較高的性價比。另外，系統的各項顯示功能和信息處理的精準度也會更加優秀，可以更好的滿足汽車駕駛人員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計研發產品中，不具備較強的數字化功能特點，例如，采集信息數據量較少，顯示內容不足且技術功能單一且容易出現故障等不足。從而也就無法更好的滿足汽車駕駛人員在保障駕駛安全、駕駛舒適度等方面的強烈需求。汽車儀表想要具備數字化、圖形化和智能化等豐富且穩定的技術功能，就必須要實現汽車的動力系統、整車控制器等所配備的電子設備可以及時、準確的分析查找和處理汽車的運行狀態信息。針對所收集的信息數據資源，能夠利用CAN總線，在第一時間內輸送至相關網絡，進而與汽車組合儀表聯系起來，確保功能信息顯示工作的順利完成。TFT-LCD（薄膜場效應晶體管液晶顯示）具備許多技術優勢，其能夠對更多信息內容進行顯示，包含多樣化色彩。不同的信息內容，其所顯示的色彩也會存在一定差別。在汽車電子產業中，通過該技術，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和微控制器技術的合理融合應用下，使得汽車儀表的作用和地位得到了明顯的提升，儀表系統已經成為駕駛人員用于查看各類功能運行監測信息的主要依靠工具，能夠穩定實現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等都提供了充分的便利和支持。這種規格型號的顯示儀表在具體的設計應用中，也存在著一定的不足之處，即造價成本價高、生產技術難度較大、功能的穩定性有待提高等，由于存在上述的缺點與不足，這類儀表在普通汽車的生產設計中并未得到廣泛的應用。有了使該儀表技術得到更好的改進，促進其在普通汽車生產中的廣泛的應用。

筆者通過對有關專業理論知識內容進行學習，并認真借鑒相關實踐案例，對MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車組合儀表設計方案進行了制定。其中，關于MCU方面，應當對NEC公司生產的UPD78F0433型單片機產品進行選擇與應用，這樣在保障信號采集工作的同時，還能夠實現處理效果穩定性的提升;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組成

智能化汽車組合儀表的內部結構設計所具備的技術功能是復雜多樣的，其內部系統結構可以分為傳統儀表的基本功能、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。這些內部的系統結構組成，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據交換的技術功能;可以按照車輛采集信息所存在的不同種類的數據，來將信號進行模擬量、開關量和脈沖量等方式的分類。根據以上所描述的汽車組合儀表所應當具備的功能和結構組合，如單片機、DSP、FPGA、ARM等。在進行綜合考慮的基礎上，在本文中運用MCU+TFT-LCD模式的智能化汽車組合儀表設計方案來展開論述，該模式的整體結構設計見圖1：

4 智能化汽車組合儀表硬件設計

智能化汽車組合儀表所具備的基礎型功能主要由相關硬件來完成，例如：發動機轉速、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備，如左右轉向信號、駐車信號、油量報警等。其中，油量、水溫、車速和轉速顯示功能的實現，主要由步進電機驅動指針的技術功能來完成。在具體應用時，依據智能化汽車的功能與特征，該系統認真貫徹并落實模塊化設計這一原則，針對智能化汽車組合儀表，認真開展硬件設計工作。關于系統模塊方面，電源模塊、車速和轉速檢測模塊、油量和水溫檢測模塊、電機驅動模塊、數據存儲模塊以及液晶驅動模塊等是其主要內容。功能模塊的具體結構設計詳見圖2：

關于相關系統設計方面，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，對LCD控制器、液晶顯示屏驅動器、電源Flash存儲器和看門狗定時器進行了安裝，其片上調試功能和10位A/D轉換功能具備突出的穩定性與高效性，是整個行業最具性價比的8位微控制器。通過供電裝置，能夠為系統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為其芯片規格型號，42V是其最大耐壓值，450mA為其最大驅動電流，進準度的效果標準能夠實現2%。關于車速和轉速檢測模塊方面，能夠針對兩種脈沖信號的不同頻率形式，科學開展相關檢測工作，確保檢測結果的精確性，在此前提下，能夠對汽車運用過程中的實時車速與轉速進行明確。伴隨著系統運行所生成的電阻信號數值，油溫與水溫也會生成一定差異。因此，關于油溫與水溫檢測工作方面，可以對不同的電壓數據進行檢查，進而保證油溫與水溫實時數據顯示的精確性。關于電機驅動模塊內部結構方面，其芯片規格型號為STI6606，其對CMOS集成電路進行了安置，能夠在同一時間內，對四路微型步進電機進行驅動，1/12是其輸入脈沖對應電機輸出軸轉動角度，最高角速度能夠與600°/s的優秀標準相符合。關于數據存儲模塊方面，主要負責保存汽車行駛中的相關數據信息，例如車速、轉速、燃油、水溫和里程等，確保信息保存的安全性與有效性，以免引發數據丟失問題。關于模塊儀表方面，對24C04規格型號芯片進行了選擇與應用，其具備突出數據儲存容量，4K為其最高儲存量。在液晶驅動模塊中，通過主控芯片類液晶顯示屏驅動等裝置，能夠最大程度地保障其功能發揮的系統性與平穩性。其獨特優勢表現為，能夠對內外部電阻開展分壓工作，對存儲去數據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計

智能化汽車組合儀表的軟件結構主要包括了主程序組成結構和若干子程序組成結構。其中，主程序結構主要承擔著系統初始化、資源分配以及實現對子程序結構功能的協調管理等任務。子程序組成結構承擔著保障其它模塊的技術功能能夠實現穩定高效的運行的任務。在本論文中，C語言和循環體+中斷的軟件的模式為系統軟件所應用的結構設計。首先，在各個外部設備與全局變量中，能夠將主程序組成結構的初始化功能，充分體現出來。然后，自進入相關主循環體程序之后，會依據相關順序，確保相關功能的實現。例如采樣并處理系統信號、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，有效實現運行電流的減少，確保蓄電池內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時，系統會立即中斷請求并重新啟動主控芯片，從而成功將系統恢復到運行狀態。

6 結論

在科技水平迅猛發展的時代背景下，我國的汽車產業尤其是與汽車相關的電子產業所取得的發展與進步是非常明顯的。作為汽車各項功能穩定發揮的基礎，汽車儀表是汽車駕駛人員及時掌握汽車行駛狀態的主要工具和載體，有利于駕駛人員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。在汽車電子技術的有力帶動下，汽車的組合儀表已經完成從前提的較為簡易的零部件結構設計向具備多種先進功能組合的智能化設計方向的轉變。具備更多智能化技術功能的汽車產品也使得其組合儀表發揮著更加豐富和重要的作用。

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