智能化汽车组合仪表的设计与实现

李继德

摘 要：在本文中，笔者先从智能化汽车组合仪表的硬件结构和软件设计出发，来较为详细具体的叙述了目前主流的汽车组合仪表的设计模式。然后围绕所提出的MCU+TFT-LCD模式的步进电机式智能化汽车组合仪表的设计方案所具备的可行性进行了论证和阐述。

关键词：智能化汽车;组合仪表;设计与实现

1 前言

智能化汽车组合仪表的优化设计可以有效的保障对车速、转速、水温、燃油量和里程等各类信息的准确检测和更好的显示效果，低油量、高水温报警，车载数据掉电保护等功能的发挥也更加安全稳定。在有效实现汽车组合仪表智能化、信息化和图形化处理目标的基础上，也具备较高的性价比。另外，系统的各项显示功能和信息处理的精准度也会更加优秀，可以更好的满足汽车驾驶人员在行车安全等方面的功能需求。

2 智能化汽车组合仪表特点

在以往的汽车组合仪表的设计研发产品中，不具备较强的数字化功能特点，例如，采集信息数据量较少，显示内容不足且技术功能单一且容易出现故障等不足。从而也就无法更好的满足汽车驾驶人员在保障驾驶安全、驾驶舒适度等方面的强烈需求。汽车仪表想要具备数字化、图形化和智能化等丰富且稳定的技术功能，就必须要实现汽车的动力系统、整车控制器等所配备的电子设备可以及时、准确的分析查找和處理汽车的运行状态信息。针对所收集的信息数据资源，能够利用CAN总线，在第一时间内输送至相关网络，进而与汽车组合仪表联系起来，确保功能信息显示工作的顺利完成。TFT-LCD（薄膜场效应晶体管液晶显示）具备许多技术优势，其能够对更多信息内容进行显示，包含多样化色彩。不同的信息内容，其所显示的色彩也会存在一定差别。在汽车电子产业中，通过该技术，能够显著提升汽车组合仪表的科学性、先进性与多样性。

在TFT-LCD和微控制器技术的合理融合应用下，使得汽车仪表的作用和地位得到了明显的提升，仪表系统已经成为驾驶人员用于查看各类功能运行监测信息的主要依靠工具，能够稳定实现对汽车运行功能的控制和管理。并且在提升汽车外观审美效果以及后期的维护保养等都提供了充分的便利和支持。这种规格型号的显示仪表在具体的设计应用中，也存在着一定的不足之处，即造价成本价高、生产技术难度较大、功能的稳定性有待提高等，由于存在上述的缺点与不足，这类仪表在普通汽车的生产设计中并未得到广泛的应用。有了使该仪表技术得到更好的改进，促进其在普通汽车生产中的广泛的应用。

笔者通过对有关专业理论知识内容进行学习，并认真借鉴相关实践案例，对MCU+TFT-LCD模式的智能化汽车组合仪表设计方案进行了制定。其中，关于MCU方面，应当对NEC公司生产的UPD78F0433型单片机产品进行选择与应用，这样在保障信号采集工作的同时，还能够实现处理效果稳定性的提升;利用TFT-LCD，能够确保汽车运行信息显示工作的完成。通过该方案，能够迅速完成汽车组合仪表的信息化、智能化和图形化处理目标，促使处理效果得到保障。

3 智能化汽车组合仪表系统组成

智能化汽车组合仪表的内部结构设计所具备的技术功能是复杂多样的，其内部系统结构可以分为传统仪表的基本功能、车载信息的采集处理和显示、车辆故障警示、报警与提示音的合成以及CAN总线通信等。这些内部的系统结构组成，除了需要顺利高效的感知传输来自于传感器的信息之外。还具备通过CAN总线与车载控制器来完成信息数据交换的技术功能;可以按照车辆采集信息所存在的不同种类的数据，来将信号进行模拟量、开关量和脉冲量等方式的分类。根据以上所描述的汽车组合仪表所应当具备的功能和结构组合，如单片机、DSP、FPGA、ARM等。在进行综合考虑的基础上，在本文中运用MCU+TFT-LCD模式的智能化汽车组合仪表设计方案来展开论述，该模式的整体结构设计见图1：

4 智能化汽车组合仪表硬件设计

智能化汽车组合仪表所具备的基础型功能主要由相关硬件来完成，例如：发动机转速、里程、油量、水温等。除此之外，还包括一些用于指挥与报警的照明信号设备，如左右转向信号、驻车信号、油量报警等。其中，油量、水温、车速和转速显示功能的实现，主要由步进电机驱动指针的技术功能来完成。在具体应用时，依据智能化汽车的功能与特征，该系统认真贯彻并落实模块化设计这一原则，针对智能化汽车组合仪表，认真开展硬件设计工作。关于系统模块方面，电源模块、车速和转速检测模块、油量和水温检测模块、电机驱动模块、数据存储模块以及液晶驱动模块等是其主要内容。功能模块的具体结构设计详见图2：

关于相关系统设计方面，主控芯片对UPD78F0433芯片进行了运用，其研制公司为NEC公司，在该芯片内，对LCD控制器、液晶显示屏驱动器、电源Flash存储器和看门狗定时器进行了安装，其片上调试功能和10位A/D转换功能具备突出的稳定性与高效性，是整个行业最具性价比的8位微控制器。通过供电装置，能够为系统供电工作提供强有力的支持，9-16V为其操作运行电压。在电源模块中，TLE4275-Q1为其芯片规格型号，42V是其最大耐压值，450mA为其最大驱动电流，进准度的效果标准能够实现2%。关于车速和转速检测模块方面，能够针对两种脉冲信号的不同频率形式，科学开展相关检测工作，确保检测结果的精确性，在此前提下，能够对汽车运用过程中的实时车速与转速进行明确。伴随着系统运行所生成的电阻信号数值，油温与水温也会生成一定差异。因此，关于油温与水温检测工作方面，可以对不同的电压数据进行检查，进而保证油温与水温实时数据显示的精确性。关于电机驱动模块内部结构方面，其芯片规格型号为STI6606，其对CMOS集成电路进行了安置，能够在同一时间内，对四路微型步进电机进行驱动，1/12是其输入脉冲对应电机输出轴转动角度，最高角速度能够与600°/s的优秀标准相符合。关于数据存储模块方面，主要负责保存汽车行驶中的相关数据信息，例如车速、转速、燃油、水温和里程等，确保信息保存的安全性与有效性，以免引发数据丢失问题。关于模块仪表方面，对24C04规格型号芯片进行了选择与应用，其具备突出数据储存容量，4K为其最高储存量。在液晶驱动模块中，通过主控芯片类液晶显示屏驱动等装置，能够最大程度地保障其功能发挥的系统性与平稳性。其独特优势表现为，能够对内外部电阻开展分压工作，对存储去数据信息进行自主读取与显示，具备多样化帧频率等。

5 智能化汽车组合仪表软件设计

智能化汽车组合仪表的软件结构主要包括了主程序组成结构和若干子程序组成结构。其中，主程序结构主要承担着系统初始化、资源分配以及实现对子程序结构功能的协调管理等任务。子程序组成结构承担着保障其它模块的技术功能能够实现稳定高效的运行的任务。在本论文中，C语言和循环体+中断的软件的模式为系统软件所应用的结构设计。首先，在各个外部设备与全局变量中，能够将主程序组成结构的初始化功能，充分体现出来。然后，自进入相关主循环体程序之后，会依据相关顺序，确保相关功能的实现。例如采样并处理系统信号、控制并计算步进电机、检测合成所有报警信号、输出控制指示灯、显示并控制TFT-LCD、收发并控制CAN通信报文等。

另外，这种智能化汽车组合仪表还具备待机功能。在仪表可以处于不需要运行的状态时，该主控芯片会能够及时收到感知信息，并理解进入低功耗模式，有效实现运行电流的减少，确保蓄电池内的电量得到更长时间的使用;当需要仪表长期保持运行状态时，系统会立即中断请求并重新启动主控芯片，从而成功将系统恢复到运行状态。

6 结论

在科技水平迅猛发展的时代背景下，我国的汽车产业尤其是与汽车相关的电子产业所取得的发展与进步是非常明显的。作为汽车各项功能稳定发挥的基础，汽车仪表是汽车驾驶人员及时掌握汽车行驶状态的主要工具和载体，有利于驾驶人员在汽车驾驶过程中及时准确的查找到存在的不安全隐患，进而采取有效的措施将隐患处理完成，最大化的保障安全驾驶目标的实现。在汽车电子技术的有力带动下，汽车的组合仪表已经完成从前提的较为简易的零部件结构设计向具备多种先进功能组合的智能化设计方向的转变。具备更多智能化技术功能的汽车产品也使得其组合仪表发挥着更加丰富和重要的作用。

参考文献：

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[3]兰琳，陈钊，LANLin，et al.汽车智能化组合仪表的设计与开发[J].拖拉机与农用运输车，2017，36（3）：115-116.