专利名称：一种多功能汽车数字仪表系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能汽车数字仪表系统，属于汽车电子工程领域。
技术背景随着经济的发展，汽车价格逐渐下降，将会有越来越多的人购买汽车， 车辆的增多，导致交通事故不断增加，交通安全形势十分严峻。如何保障车 辆的运行安全，就成为关注的热点。尽管目前车辆广泛采用了电子技术，广泛安装了主动安全系统如ABS、倒车雷达、红外防撞系统等及被动安全系统 如空气囊等，这些技术的采用大大提高了行车安全。然而以上技术并不能消 除因汽车突然发生故障，驾驶员疲劳和非正常驾驶带来的安全隐患，同时也 无法监测汽车的运行状态和驾驶员的驾驶状态， 一旦出现交通事故亦无法科 学地反映出责任方。汽车黑匣子可记录事故前20分钟的车辆行驶数据，为交 通事故的正确处理提供了有利证据，但却无法预防或控制事故发生。 发明内容本发明的目的是为了克服现有汽车模拟仪表板功能单一、显示呆板、信 息量少的缺点，提供了一种多功能汽车数字仪表系统，该系统除具有原模拟 仪表的全部功能外，还具有车辆运行状态监视及故障诊断、驾驶者驾驶状态 监视、汽车行驶记录仪(黑匣子)、视频倒车雷达、GPS导航、GPRS无线数 据传输等功能。该系统大大拓展了传统汽车仪表的功能和作用，为车辆运行 安全、车辆驾驶安全和高效交通管理做出贡献。本发明的一种多功能汽车数字仪表系统，由高性能单片机和液晶屏取代 原有的模拟仪表板显示所有汽车运行参数和驾驶员状态参数并具有声、光报 警功能，构成一个基于信息技术的车辆运行管理系统。该系统不但具有汽车 黑匣子的功能，还能实时显示车辆的运行状态，如冷却水温度、机油温度、 燃油量、电量、发动机转速、车速等汽车运行状态信息以及以上参数的变化 曲线。此外每次保养时，纪录当前的车辆总行驶里程，当新的累积行驶里程达到厂家或用户指定的保养里程间隔(5000Km或7500Km或指定的公里数)， 则每次车辆起动后总里程显示条64连续闪烁10s，提示车辆进行保养，从而 使驾驶员做到对所驾驶的车辆状态心中有数，以便按时对车辆进行技术维护， 不但提高了车辆寿命，更重要的是保障了行车安全。此外，该系统还可对驾 驶员的驾驶状态进行监视，通过分析方向盘转角的角速度判定驾驶员的疲劳 状态和是否处于不正常驾驶状态。对于以上参数超过设定限值的驾驶者，系 统迅速发出声、光警示，令其减速或停车，如驾驶者不予理睬，则系统通过 控制总线向发动机电控单元发出减油指令，强行降低车速，对于装备电子油 门和电子刹车的车辆，可关小油门及实施刹车。该系统能完整、准确地记录汽车行驶状态下的信息，能将汽车行驶轨迹 完整记录，除了具有传统的黑匣子所拥有的事故分析功能，还能在驾驶员超 速行驶时发出超速报警以提醒驾驶员减速，并详细记录车辆每次的起动时间、 行驶里程、行驶时间、最高车速以及每次最高车速的持续时间。该系统可显 示汽车工况，进行自我诊断，对车速、发动机转速、水温、油压、燃油量、 油耗和蓄电池电压等一系列参数进行有效监控并通过液晶屏屏闪发出各种超 限报警，有效防范和化解车辆事故的发生。该系统的汽车黑匣子功能，为交 通管理部门现场了解和界定交通事故发生的原因和公正处理提供了科学、权 威的依据。通过对行驶速度、制动减速度以及发动机的温度、油压等进行连 续记录和分析，对及时查找突发性事故的原因，减少车辆故障提供了有效的 手段，对完善车辆设计、降低成本和高效交通管理具有重要意义。多功能汽 车数字仪表系统将取代现有的功能单调的模拟仪表板，成为集车辆运行和驾 驶状态监测及汽车黑匣子于一体的车辆运行安全管理系统，必将大大提高汽 车的行驶和驾驶安全性，为交通安全提供新手段。为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。 一种多功能汽车数字 仪表系统，包括有传感器信号，所述的传感器信号包括有12路开关量信号、 4路模拟信号和2路脉冲信号，所述的12路开关量信号包括有右转向灯信号 1、远光灯信号2、近光灯信号3、安全气囊状态信号4、发动机故障状态信号5、充电状态信号6、倒挡信号7、驻车制动信号8、自动防抱死系统状态信号9、安全带状态信号IO、左转向灯信号ll、行车制动信号12，所述分4路模 拟信号即冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液面信号19、蓄电池电 压信号20，所述的3路脉冲信号包括有车速信号22、发动机转速信号23;其 特征在于还包括有信息处理单元62和液晶屏55;所述的传感器信号中的模 拟信号还包括有酒精传感器信号21，所述的脉冲信号中还包括有方向盘转角 信号24， 4路视频摄像头信号从车辆尾部安装的4个摄像头获得；所述的信 息处理单元62包括脉冲信号采集模块25、模拟信号采集模块26、视频信号 采集模块27、开关信号采集模块28、动态数据存贮单元29、GPS模块31、RS232 串行通讯模块44、 GPRS模块46、微处理器49、 CF存贮卡51、程序代码存贮 单元61;所述的液晶屏55为彩色液晶屏，液晶屏内嵌入与微处理器49相连 的液晶屏功率驱动模块54;12路开关量信号经开关量信号采集模块28处理后送至动态数据存贮单元 29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微处理 器49处理后的开关量信号通过液晶屏功率驱动模块54以图形的方式显示在 液晶屏55上，通过图形闪烁或点亮的方式表明该功能工作；4路模拟视频摄像头信号经视频信号采集模块27处理后送至动态数据存 忙单元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49， 经微处理器49处理后的数字视频信号通过液晶屏功率驱动模块54以图形的 方式把车后障碍物的位置显示在液晶屏55上；5路模拟信号经模拟信号采集模块26处理后送至动态数据存贮单元29， 再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微处理器 49处理后的模拟信号通过液晶屏功率驱动模块54把冷却水温度、机油压力、 燃油液面和蓄电池电压显示在液晶屏55上；当微处理器49通过酒精传感器 信号判定酒精含量超标超过设定值时，驱动报警装置进行声音报警；3路脉冲信号22-24经脉冲信号采集模块25处理后送至动态数据存贮单元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微 处理器49处理后的脉冲信号通过液晶屏功率驱动模块54把车速和发动机转 速显示在液晶屏55上；来自卫星的GPS导航信号30经GPS模块31处理后，把车速、时间、经 度和纬度数据通过GPS信号输出链路32送至微处理器49，经微处理器49处 理后的车速、经度和纬度通过液晶屏功率驱动模块54以数字或图形的方式显 示在液晶屏55上的电子地图上；24路传感器信号和GPS导航信号30的数据经微处理器49处理后通过 CF存贮卡与微处理器间的数据交换链路50存贮在CF存贮卡51中，再通过 CF存贮卡51与用户外设间的数据交换链路52把仪表板内的数据传输到上位 计算机或存贮器中；外设也能够通过CF存贮卡51与用户外设间的数据交换 链路52把分析和计算程序通过微处理器49送至程序代码存贮单元61;外设 还能够通过RS232串行通讯模块44和RS232串行通讯链路45，通过微处理器 49发送或接收数据或代码；来自上位机平台的指令以短信或数据流的方式经GSM或CDMA移动公 网，通过GPRS模块与上位机平台间的输入和输出信号链路47，传送自GPRS 模块46，再通过GPRS模块与微处理器间的输入和输出信号链路48送至微处 理器49，微处理器49根据接收到的上位机指令进行相关操作把指定的数据发 送到上位机平台；还能够通过上位机平台对仪表板各分析和控制程序的远程 无线修改和更新。所述的液晶屏55上贴有触摸屏66，触摸屏输入系统包括有触摸屏66、 触摸屏控制器67;通过配置触摸屏66与液晶屏55的坐标，实现按键命令传 输到微处理器49;当按下功能按键1或2或3或4或5时，按键处的位置坐 标经触摸屏控制器67转换成数字信号后，通过触摸屏按键信号传输链路68 送至微控制器49，微控制器49根据该按键的位置调用相应的分析程序，将相 应的运行参数送至液晶屏55显示。所述的按键3被按下时，冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液面信号19、蓄电池电压信号20、车速信号22、发动机转速信号23、方向盘 转角信号24、右转向灯信号l、远光灯信号2、近光灯信号3、安全气囊状态 信号4、发动机故障状态信号5、充电状态信号6、倒挡状态信号7、驻车制 动信号8、自动防抱死系统状态信号9、安全带状态信号10、左转向灯信号 11和行车制动信号12通过相应的采集模块处理后送至微处理器49，微处理 器49对这些信号进行处理后经微处理器与液晶屏55间控制数据交换信号链 路53通过液晶屏功率驱动模块54显示在液晶屏55上。所述的按键1被按下时，通过GPS信号输出链路32将进入GPS模块31 的导航卫星信号30送入微处理器49，再通过程序代码传输链路34将存贮在 程序代码存贮单元61中的导航地图程序37调入微处理器49，通过将卫星信 号30中的纬度和经度信息与数字地图的匹配操作，实现车辆导航功能。所述的按键2被按下时；冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液 面信号19、蓄电池电压信号20和酒精传感器信号21、车速信号22、发动机 转速信号23、方向盘转角信号24分别经过相应的采集模块处理后送入微处理 器49，通过程序代码传输链路34将车辆状态参数分析模块35和驾驶者驾驶 状态分析模块36调入微处理器49;车辆状态参数分析模块35对一定时间段 内的车速、发动机转速、水温、机油压力、蓄电池电压等随时间变化的趋势 进行分析，计算这些参数变化的平均值、最大值、最小值，超过设定的限值 则驱动报警电路发出声光报警；驾驶者驾驶状态分析模块36通过方向盘转角 信号24计算方向盘的瞬时角加速度，如超过设定的限值，则通过声光报警提 示驾驶者驾驶状态异常，如驾驶者不予理睬，则系统通过控制总线向发动机 电控单元发出减油指令，强行降低车速；驾驶者驾驶状态分析模块36基于酒 精传感器的输出电压，确定驾驶者的饮酒状态，如酒精传感器的输出电压值 超过设定的限值，则通过声光报警提示驾驶者处于饮酒驾车状态；微处理器49将车辆状态参数分析模块35和驾驶者驾驶状态分析模块36对上述信号的分析结果，显示在液晶屏55上；微处理器(49)纪录当前的车 辆总行驶里程，当新的累积行驶里程达到指定的保养里程间隔，则每次车辆起动后总里程显示条(64)连续闪烁10秒，提示车辆进行保养。所述的按键4被按下时，微处理器49通过仪表界面选择程序41选择黑匣 子状态显示界面，通过常规信号显示软件42显示液晶屏四周条形区域的状态 信号；液晶屏中间区域显示黑匣子数据和图形信息；车速信号22经脉冲信号 采集模块25采集后，存贮在动态数据存贮单元29，经由动态数据存贮单元的 数据输出链路33送至微处理器49 ，行车制动信号12经开关信号采集模块 28采集后，通过动态数据存贮单元29经由动态数据存贮单元的数据输出链路 33送至微处理器49;微处理器49通过程序代码传输链路34调用黑匣子数据 分析程序39对接收到的车速信号22和行车制动信号12，按照GB-T19056-2003 汽车行驶记录仪国家标准的要求进行分析和处理；所有黑匣子信息在微处理 器49的控制下通过CF存贮卡与微处理器间的数据交换链路50存贮到CF存 贮卡51中；用户通过CF存贮卡与用户外设间的数据交换链路52将存贮在CF 存贮卡51上的黑匣子数据读出并在专用软件上进一步分析和处理以获取更多 的车辆运行信息。所述的按键5被按下或变速器处于倒挡位置时，微处理器49接收倒挡状 态信号7并调用仪表界面选择程序41选择视频倒车雷达显示界面，通过常规 信号显示软件42显示液晶屏四周条形区域的状态信号；液晶屏中间区域显示 车辆尾部距障碍物的距离和位置的图像信息；视频摄像头信号13、视频摄像 头信号14、视频摄像头信号15、频摄像头信号16经视频信号采集模块27处 理后，存贮在动态数据存贮单元29，经由动态数据存贮单元的数据输出链路 33送至微处理器49 ;微处理器49通过程序代码传输链路34调用摄像头视 频信号分析程序38对这4路视频摄像头信号进行数字滤波，并通过调用存贮 在程序代码存贮单元61中的通用视频图像显示软件43将该图像显示在液晶 屏55上的仪表图形显示区63内。所述的信息处理单元62内的微处理器49为带DSP功能的嵌入式单片机， 信息处理单元62内嵌入GPS模块和GPRS模块。本发明的有益效果是，基于高性能单片机和液晶屏的多功能数字仪表系 统大大拓宽的传统模拟仪表的功能，从传统仪表板只能显示车辆的状态参数 变成可以显示、存贮、发送车辆的运行状态信息、车辆故障信息、排放故障 信息、驾驶者驾驶状态信息、车辆位置信息等，使得多功能数字仪表系统成 为未来车辆的信息中心，对安全行车、安全驾驶、车辆防盗、排放超标车排 查及实现信息化交通管理具有重要意义，
图1本发明的多功能数字仪表原理2液晶屏显示区域原理3 JEEP 2500车型的传统仪表液晶显示界面图4多功能数字仪表导航显示界面图5多功能数字仪表黑匣子功能显示界面图6多功能数字仪表车辆及驾驶者状态分析显示界面 图中1、右转向灯信号，2、远光灯信号，3、近光灯信号，4、安全气囊 状态信号，5、发动机故障状态信号，6、充电状态信号，7、倒挡状态信号， 8、驻车制动信号，9、自动防抱死系统状态信号，10、安全带状态信号，11、 左转向灯信号，12、行车制动信号，13、视频摄像头信号，14、视频摄像头 信号，15、视频摄像头信号，16、路频摄像头信号，17、冷却水温度信号， 18、机油压力信号，19、燃油液面信号，20、蓄电池电压信号，21、酒精传 感器信号，22、车速信号，23、发动机转速信号，24、方向盘转角信号，25、 脉冲信号采集模块，26、模拟信号采集模块，27、视频信号采集模块，28、 开关信号采集模块，29、动态数据存贮单元，30、导航卫星信号，31、 GPS模 块，32、 GPS信号输出链路，33、动态数据存贮单元的数据输出链路，34、程 序代码传输链路，35、车辆状态参数分析程序，36、驾驶者驾驶状态分析程 序，37、导航地图程序，38、摄像头视频信号分析程序，39、黑匣子数据分析程序，40、上位机通讯程序，41、仪表界面选择程序，42、常规信号显示软件，43、视频图像显示软件，44、 RS232串行通讯模块，45、 RS232串行通 讯链路，46、 GPRS模块，47、 GPRS模块与上位机平台间的输入和输出信号链 路，48、 GPRS模块与微处理器(MCU)间的输入和输出信号链路，49、微处 理器(MCU) 50、 CF存贮卡与微处理器间的数据交换链路，51、 CF存贮卡， 52、 CF存贮卡与用户外设间的数据交换链路，53、微处理器与液晶屏间控制 数据交换信号链路，54、液晶屏功率驱动模块，55、液晶屏，56、按键l-导 航界面选择按键，57、按键2-车辆及驾驶者状态分析界面选择按键，58、按 键3-传统仪表显示界面选择按键，59、按键4-黑匣子功能界面选择按键，60、 按键5-视频倒车雷达界面选择按键，61、程序代码存贮单元，62、信息处理 单元，63、仪表图形显示区，64、总里程数，65、单次里程数，66、触摸屏， 67、触摸屏控制器，68、触摸屏按键信号传输链路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本系统主要包括有传感器信号1-24，信息处理单元62和液晶屏55。传感 器信号包括，12路开关量信号即右转向灯信号1、远光灯信号2、近光灯信号 3、安全气囊状态信号4、发动机故障状态信号5、充电状态信号6、倒挡信号 7、驻车制动信号8、自动防抱死系统状态信号9、安全带状态信号IO、左转 向灯信号ll、行车制动信号12，全部为原模拟仪表板开关信号；车辆尾部安 装4个摄像头获得4路视频摄像头信号13-16，为本系统增加的信号；5路模 拟信号即冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液面信号19、蓄电池电 压信号20、酒精传感器信号21，其中酒精传感器信号21为本系统增加的信 号，其余4路模拟信号为原模拟仪表板模拟信号；3路脉冲信号，车速信号 22、发动机转速信号23和方向盘转角信号24，其中方向盘转角信号24为本 系统增加的信号，其余2路脉冲信号为原模拟仪表板脉冲信号。信息处理单 元62包括，脉冲信号采集模块25、模拟信号采集模块26、视频信号采集模 块27、开关信号采集模块28、动态数据存贮单元29、 GPS模块31、 RS232串行通讯模块44、 GPRS模块46、微处理器(MCU) 49、 CF存贮卡51、程序代码 存贮单元61。液晶屏55为高分辨率汽车专用彩色液晶屏，液晶屏内嵌入与微 处理器49相连的液晶屏功率驱动模块54。1-12路开关量信号经开关量信号采集模块28处理后送至动态数据存贮单 元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微 处理器49处理后的开关量信号通过液晶屏功率驱动模块54以图形的方式显 示在液晶屏55上，通过图形闪烁或点亮的方式表明该功能工作。4路模拟视频摄像头信号13-16经视频信号采集模块27处理后送至动态 数据存贮单元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器 49，经微处理器49处理后的数字视频信号通过液晶屏功率驱动模块54以图 形的方式把车后障碍物的位置显示在液晶屏55上。5路模拟信号17-21经模拟信号采集模块26处理后送至动态数据存贮单 元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微 处理器49处理后的模拟信号通过液晶屏功率驱动模块54把冷却水温度、机 油压力、燃油液面和蓄电池电压显示在液晶屏55上。冷却水温度、机油压力、 燃油液面和蓄电池电压以数字形式显示，显示单位分别为"C， bar，y。(燃油剩 余量与满油量的体积比)，V， 一旦冷却水温度或(和)机油压力或(和)燃油液面 或(和)蓄电池电压超过设定的限值，则相应数字在液晶屏上闪烁，超限越多， 闪烁频率越快并发出声音提示。酒精传感器信号21在驾驶者进行酒精吹气测 试时，以声音报警表明酒精含量超标。3路脉冲信号22-24经脉冲信号采集模块25处理后送至动态数据存贮单 元29，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器49，经微 处理器49处理后的脉冲信号通过液晶屏功率驱动模块54把车速和发动机转 速显示在液晶屏55上。车速和发动机转速分别以数字形式显示，显示单位分 别为Km/h和rpm(r/min)， 一旦车速或(和)发动机转速超过设定的限值，则相 应数字在液晶屏55上闪烁，超限越多，闪烁频率越快并发出声音提示。方向 盘转角信号24只在对驾驶者驾驶状态分析时使用，不在液晶屏上直接显示。来自卫星的GPS导航信号30经GPS模块31处理后，把车速、时间、经 度和纬度数据通过GPS信号输出链路32送至微处理器49，经微处理器49处 理后的车速、经度和纬度通过液晶屏功率驱动模块54以数字或图形的方式显 示在液晶屏55上的电子地图上，实现车辆的导航和测速。来自信号1-24和30的数据经微处理器49处理后通过CF存贮卡与微处 理器间的数据交换链路50存贮在CF存贮卡51中，再通过CF存贮卡51与用 户外设间的数据交换链路52把仪表板内的数据传输到上位计算机或存贮器 中。此外，外设(计算机)亦可通过CF存贮卡51与用户外设间的数据交换 链路52把分析和计算程序通过微处理器49送至程序代码存贮单元61。外设 亦可使用RS232串行通讯模块44和RS232串行通讯链路45，通过微处理器 49发送或接收数据或代码。来自上位机平台(机动车综合信息管理中心统或手机)的指令以短信或 数据流的方式经GSM或CDMA移动公网，通过GPRS模块与上位机平台间的 输入和输出信号链路47，传送自GPRS模块46，再通过GPRS模块与微处理器 间的输入和输出信号链路48送至微处理器49，微处理器49根据接收到的上 位机指令进行相关操作把指定的数据发送到上位机平台，实现上位机平台对 车辆和驾驶者状态信息的实时监控。此外，通过上位机平台可实现对仪表板 各分析和控制程序的远程无线修改和更新。液晶屏55上贴有触摸屏66，触摸屏输入系统由触摸屏66、触摸屏控制 器67、微控制器49及其相应标准软件构成，通过配置触摸屏66与液晶屏55 的坐标，实现按键命令传输到微处理器49。当按下功能按键1或2或3或4 或5时，按键处的位置坐标经触摸屏控制器67转换成数字信号后，通过触摸 屏按键信号传输链路68送至微控制器49，微控制器49根据该按键的位置调 用相应的分析程序。本实施例的4种工作模式通过触摸液晶屏55上的5个功能按键1、 2、 3、 4、 5来切换液晶屏的显示内容。本实施例的4种工作模式1) 传统仪表界面工作模式发动机起动后，车辆钥匙拨至第一挡，液晶屏即缺省显示传统仪表板界 面，或按下按键3，按键处的位置坐标经触摸屏控制器67转换成数字信号后，通过触摸屏按键信号传输链路68送至微控制器49，微控制器49根据该按键 的位置调用仪表界面选择程序41进入传统仪表界面。冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液面信号19、蓄电池电压信 号20经模拟信号采集模块26处理后通过动态数据存贮单元的数据输出链路 33送入微处理器(MCU) 49;车速信号22、发动机转速信号23、方向盘转角 信号24，这些信号经脉冲信号采集模块25处理后通过动态数据存贮单元的数 据输出链路33送入微处理器(MCU) 49;右转向灯信号l、远光灯信号2、近 光灯信号3、安全气囊状态信号4、发动机故障状态信号5、充电状态信号6、 倒挡状态信号7、驻车制动信号8、自动防抱死系统状态信号9、安全带状态 信号IO、左转向灯信号ll、行车制动信号12，这些信号通过开关信号采集模 块28整形后过动态数据存贮单元的数据输出链路33送入微处理器(MCU) 49。 微处理器(MCU) 49对这些信号进行处理后经微处理器与液晶屏间控制数据交 换信号链路53通过液晶屏功率驱动模块54显示在液晶屏55上。其中发动机 转速和车速信号用旋转指针显示，燃油量、冷却水温度、机油压力和蓄电池 电压用旋转指针或颜色条显示，开关量信号用图标指示。对本系统应用的JEEP 2500车型的传统仪表界面采用液晶屏数字显示的 结果，如图3所示。a为左转向信号灯、b为发动机转速表、c为燃油量表、d 为蓄电池电压指示条、e为远光灯、f行车制动指示灯、g、驻车制动指示灯、 h为充电指示灯、i为ABS故障灯、j为总里程数、k为单次里程数、1为倒挡 信号、m单次行车时间、n为四驱指示、o为安全气囊状态、p为发动机故障 提示、q为机油压力指示条、r为冷却水温度指示条、s为车速表、t为右转 向信号灯。2) 车辆导航模式包括模式1的所有信号，只不过这些信号显示在液晶屏的四周且部分信号采用数字显示。此外模式2还包括GPS模块31、导航卫星信号30、程序代码存贮单元61、导航地图程序37。按下按键1，按键处的位置坐标经触摸屏控制器67转换成数字信号后， 通过触摸屏按键信号传输链路68送至微控制器49，微控制器49根据该按键 的位置调用仪表界面选择程序41选择导航状态显示界面，通过常规信号显示 软件42显示液晶屏四周条形区域的状态信号。液晶屏中间区域显示地图和车 辆行驶路线并提供行驶路线的语音提示。通过GPS信号输出链路32将进入GPS 模块31的导航卫星信号30送入微处理器(MCU) 49，再通过程序代码传输链 路34将存贮在程序代码存贮单元61中的导航地图程序37调入微处理器(MCU) 49，通过将卫星信号30中的纬度和经度信息与数字地图的匹配操作，实现车 辆导航功能。对本系统应用的JEEP 2500车型的从北京市朝阳区十八里店桥 到大杜社乡的卫星导航结果在液晶屏显示，如图4所示。3)黑匣子界面工作模式模式3包括模式1的所有信号，只不过这些信号显示在液晶屏的四周且 部分信号采用数字显示。按下按键4，按键处的位置坐标经触摸屏控制器67转换成数字信号后， 通过触摸屏按键信号传输链路68送至微控制器49，微控制器49根据该按键 的位置调用仪表界面选择程序41选择黑匣子状态显示界面，通过常规信号显 示软件42显示液晶屏四周条形区域的状态信号，如图5所示。液晶屏中间区 域显示黑匣子数据和图形信息。车速信号22经脉冲信号采集模块25采集后， 存贮在动态数据存贮单元29，经由动态数据存贮单元的数据输出链路33送至 微处理器(MCU) 49 ，行车制动信号12经开关信号采集模块28釆集后，通 过动态数据存贮单元29经由动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处 理器(MCU) 49。微处理器(MCU) 49通过程序代码传输链路34调用黑匣 子数据分析程序39对接收到的车速信号22和行车制动信号12，按照 GB-T19056-2003汽车行驶记录仪国家标准的要求进行分析和处理，部分处理 结果如图5所示。第1行显示每隔0.2s纪录的瞬时车速值，通过滚动条拉动可观察本次行驶时间内的车速变化；第2行记录本次行驶的车辆起动时间、 停止时间、当前时间和本次行驶的里程；左下方框为本次行驶的超速纪录， 记录了 5次超速的车速、起始时间和停止时间；右下方框为行车灯使用情况 记录，本次行驶只使用了左转向灯2次。4)车辆及驾驶者状态分析界面工作模式模式4包括模式1的所有信号，只不过这些信号显示在液晶屏的四周且 部分信号采用数字显示。按下按键2，按键处的位置坐标经触摸屏控制器67转换成数字信号后， 通过触摸屏按键信号传输链路68送至微控制器49，微控制器49根据该按键 的位置调用仪表界面选择程序41选择车辆及驾驶者状态分析界面，通过常规 信号显示软件42显示液晶屏四周条形区域的状态信号，如图6所示。本实例 在液晶屏中间区域只显示车速随时间的变化曲线(亦可显示机油压力、水温 等曲线)，表明车速在250s内从20Km/h提高到140Km/h，在70-100s和 160-210s区间段超速，在250s时车速降到80Km/h。冷却水温度信号17、机油压力信号18、燃油液面信号19、蓄电池电压信 号20和酒精传感器信号21经模拟信号采集模块26处理后通过动态数据存贮 单元的数据输出链路33送入微处理器(MCU) 49;车速信号22、发动机转速 信号23、方向盘转角信号24经脉冲信号采集模块25处理后通过动态数据存 贮单元的数据输出链路33送入微处理器(MCU) 49，通过程序代码传输链路 34将车辆状态参数分析程序35和驾驶者驾驶状态分析程序36调入微处理器 (MCU) 49。车辆状态参数分析程序35对一定时间段内的车速、发动机转速、 水温、机油压力、蓄电池电压等随时间变化的趋势进行分析，计算这些参数 变化的平均值、最大值、最小值，超过设定的限值则发出声光报警。如车速 低于该挡位的最低值则提示驾驶者换入抵挡，车速高于该挡位的最大值则提 示驾驶者换入高挡；冷却水温度超过设定限值时，则提示进行冷却系故障检 测。驾驶者驾驶状态分析程序36基于方向盘转角信号24计算方向盘的瞬时 角加速度，如超过设定的限值，则通过声光报警提示驾驶者驾驶状态异常；驾驶者驾驶状态分析程序36基于酒精传感器的输出电压，确定驾驶者的饮酒 状态，如酒精传感器的输出电压值超过设定的限值，则通过声光报警提示驾 驶者处于饮酒驾车状态。微处理器(MCU) 49调用车辆状态参数分析程序35和驾驶者驾驶状态分 析程序36将对这些信号的分析结果，以图形、数据、语音等方式将车辆运行 状态和驾驶状态的提示和建议显示在液晶屏55上。以倒计时的方式显示保养 时间，如超期，则每次起动时首先显示"该保养了！"提示5s，然后进入仪表 界面。5)视频倒车雷达按下按键5或变速器处于倒挡位置(倒挡状态信号指示图标闪烁)，微处 理器(MCU) 49接收倒挡状态信号7并调用仪表界面选择程序41选择视频倒 车雷达显示界面，通过常规信号显示软件42显示液晶屏四周条形区域的状态 信号，如图2所示。液晶屏中间区域显示车辆尾部距障碍物的距离和位置的 图像信息。视频摄像头信号13、视频摄像头信号14、视频摄像头信号15、频 摄像头信号16经视频信号采集模块27处理后，存贮在动态数据存贮单元29， 经由动态数据存贮单元的数据输出链路33送至微处理器(MCU) 49 。微处 理器(MCU) 49通过程序代码传输链路34调用摄像头视频信号分析程序38 对这4路视频摄像头信号进行数字滤波，并通过调用存贮在程序代码存贮单 元61中的通用视频图像显示软件43将该图像显示在液晶屏55上的仪表图形 显示区63内。本实施例有两种数据通讯方式有线通讯和无线通讯1)有线通讯通过CF存贮卡与用户外设间的数据交换链路52将存贮在 CF存贮卡51上的黑匣子数据读出或将外设内的数据和程序通过数据交换链 路52传输到CF存贮卡51。外设通过RS232串行通讯模块44与仪表板信息 处理单元62相连，通过RS232串行通讯链路45将外设中的数据和代码传输 给微处理器(MCU) 49，再由微处理器49通过程序代码传输链路34存储到 程序代码存贮单元61中。反之，可把微处理器49中的动态数据和信息处理单元62中的程序代码和数据通过串口 44传送给外设。2)无线通讯微处理器49将仪表板信息处理单元62中的有关车辆运行 状态、驾驶者驾驶状态、黑匣子、导航等信息通过GPRS模块与微处理器(MCU) 间的输入和输出信号链路48传送给GPRS模块46，再通过GPRS模块46的无 线发送端口以短信或数据流的形式基于移动公网GSM或CDMA发送到上位机平 台(机动车综合信息管理中心)；反之，上位机平台可基于移动公网GSM或CDMA 以短信或数据流的形式把命令和数据发送给GPRS模块46，再通过GPRS模块 与微处理器(MCU)间的输入和输出信号链路48传送给微处理器49，并可 实现对程序代码存贮单元61中的代码和数据的远程无线修改和更新，从而实 现对车辆运行状态和驾驶者驾驶状态信息的无线监视和控制。状态信息包括 来自传感器1-24的直接信息和处理后的传感器信息以及发动机电脑发送至仪表板的发动机电控系统故障和排放故障信息。对于步骤2)、 3)、 4)和5)即车辆导航、车辆及驾驶员状态分析、黑匣子及视频倒车雷达模式，液晶屏上面条形区域显示左转向灯信号11、冷却水温 度信号17、机油压力信号18、车速信号22、发动机转速信号23、燃油液面 信号19、蓄电池电压信号20、右转向灯信号l;液晶屏左面条形区域显示远 光灯信号2、近光灯信号3、安全气囊状态信号4、发动机故障状态信号5、 充电状态信号6;液晶屏右面条形区域显示倒挡状态信号7、驻车制动信号8、 自动防抱死系统状态信号9、安全带状态信号IO、行车制动信号12;液晶屏 下面条形区域显示总里程数64、导航界面选择按键56、车辆及驾驶者状态分 析界面选择按键57、传统仪表显示界面选择按键58、黑匣子功能界面选择按 键59、视频倒车雷达界面选择按键60、单次里程数65。本发明的工作原理该多功能数字仪表系统包括1块液晶屏和固定在液 晶屏背面的嵌入式单片机，传感器数据仍通过原模拟仪表板的总线接口读取， 不改变原车辆仪表板的安装结构。基于导航界面选择按键56、车辆及驾驶者 状态分析界面选择按键57、传统仪表显示界面选择按键58、黑匣子功能界面 选择按键59、视频倒车雷达界面选择按键60的选择结果，微处理器(MCU)49读取相应的传感器数据并从程序代码存贮单元61调用相应的分析程序，使 仪表处于传统仪表显示界面或车辆及驾驶者状态分析界面或导航界面或视频 倒车雷达界面或黑匣子功能界面。任何一种界面显示形式均保留传统仪表界 面的所有信息，只是部分信息的显示方式由模拟图形显示变为数字显示。液 晶屏显示的和CF卡存贮的所有信息均可通过移动公网以短信或数据流的方式 发送到上位机平台-机动车综合信息管理中心，从而实现对机动车运行状态、 驾驶状态、排放状态、安全状态等的全面监控。上述实例结果表明，采用本发明的多功能汽车数字仪表系统可极大扩展 传统仪表板的功能，使其成为现代汽车信息处理中心。该系统的应用将有利 于提高车辆的使用寿命、减少突发故障、提高车辆的运行和驾驶安全性、降 低车辆的使用和管理成本、实现交通管理信息化。
权利要求
1、一种多功能汽车数字仪表系统，包括有传感器信号，所述的传感器信号包括有12路开关量信号、4路模拟信号和2路脉冲信号，所述的12路开关量信号包括有右转向灯信号(1)、远光灯信号(2)、近光灯信号(3)、安全气囊状态信号(4)、发动机故障状态信号(5)、充电状态信号(6)、倒挡信号(7)、驻车制动信号(8)、自动防抱死系统状态信号(9)、安全带状态信号(10)、左转向灯信号(11)、行车制动信号(12)，所述4路模拟信号包括有冷却水温度信号(17)、机油压力信号(18)、燃油液面信号(19)、蓄电池电压信号(20)，所述的3路脉冲信号包括有车速信号(22)、发动机转速信号(23)；其特征在于还包括有信息处理单元(62)和液晶屏(55)；所述的传感器信号中的模拟信号还包括有酒精传感器信号(21)，所述的脉冲信号中还包括有方向盘转角信号(24)，4路视频摄像头信号从车辆尾部安装的4个摄像头获得；所述的信息处理单元(62)包括脉冲信号采集模块(25)、模拟信号采集模块(26)、视频信号采集模块(27)、开关信号采集模块(28)、动态数据存贮单元(29)、GPS模块(31)、RS232串行通讯模块(44)、GPRS模块(46)、微处理器(49)、CF存贮卡(51)、程序代码存贮单元(61)；所述的液晶屏(55)为彩色液晶屏，液晶屏内嵌入与微处理器(49)相连的液晶屏功率驱动模块(54)；12路开关量信号经开关量信号采集模块(28)处理后送至动态数据存贮单元(29)，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路(33送至微处理器(49，经微处理器(49)处理后的开关量信号通过液晶屏功率驱动模块(54)以图形的方式显示在液晶屏(55)上，通过图形闪烁或点亮的方式表明该功能工作；4路模拟视频摄像头信号经视频信号采集模块(27)处理后送至动态数据存贮单元(29)，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49)，经微处理器(49)处理后的数字视频信号通过液晶屏功率驱动模块(54)以图形的方式把车后障碍物的位置显示在液晶屏(55)上；5路模拟信号经模拟信号采集模块(26)处理后送至动态数据存贮单元(29)，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49)，经微处理器(49)处理后的模拟信号通过液晶屏功率驱动模块(54)把冷却水温度、机油压力、燃油液面和蓄电池电压显示在液晶屏(55)上；当微处理器(49)通过酒精传感器信号判定酒精含量超标超过设定值时，驱动报警装置进行声音报警；3路脉冲信号(22-24)经脉冲信号采集模块(25)处理后送至动态数据存贮单元(29)，再通过动态数据存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49)，经微处理器(49)处理后的脉冲信号通过液晶屏功率驱动模块(54)把车速和发动机转速显示在液晶屏(55)上；来自卫星的GPS导航信号(30)经GPS模块(31)处理后，把车速、时间、经度和纬度数据通过GPS信号输出链路(32)送至微处理器(49)，经微处理器(49)处理后的车速、经度和纬度通过液晶屏功率驱动模块(54)以数字或图形的方式显示在液晶屏(55)上的电子地图上；24路传感器信号和GPS导航信号(30)的数据经微处理器(49)处理后通过CF存贮卡与微处理器间的数据交换链路(50)存贮在CF存贮卡(51)中，再通过CF存贮卡(51)与用户外设间的数据交换链路(52)把仪表板内的数据传输到上位计算机或存贮器中；外设也能够通过CF存贮卡(51)与用户外设间的数据交换链路(52)把分析和计算程序通过微处理器(49)送至程序代码存贮单元(61)；外设还能够通过RS232串行通讯模块(44)和RS232串行通讯链路(45)，通过微处理器(49)发送或接收数据或代码；来自上位机平台的指令以短信或数据流的方式经GSM或CDMA移动公网，通过GPRS模块与上位机平台间的输入和输出信号链路(47)，传送自GPRS模块(46)，再通过GPRS模块与微处理器间的输入和输出信号链路(48)送至微处理器(49)，微处理器(49)根据接收到的上位机指令进行相关操作把指定的数据发送到上位机平台；通过上位机平台对仪表板各分析和控制程序的远程无线修改和更新。所述的液晶屏(55)上贴有触摸屏(66)，触摸屏输入系统包括有触摸屏(66)、触摸屏控制器(67)；通过配置触摸屏(66)与液晶屏(55)的坐标，实现按键命令传输到微处理器(49)；当按下功能按键1或2或3或4或5时，按键处的位置坐标经触摸屏控制器(67)转换成数字信号后，通过触摸屏按键信号传输链路(68)送至微控制器(49)，微控制器(49)根据该按键的位置调用相应的分析程序，将相应的运行参数送至液晶屏(55)显示。
2、 根据权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的按键3被按下时，冷却水温度信号(17)、机油压力信号(18)、燃油液面 信号(19)、蓄电池电压信号(20)、车速信号(22)、发动机转速信号(23)、 方向盘转角信号(24)、右转向灯信号(1)、远光灯信号(2)、近光灯信号(3)、 安全气囊状态信号(4)、发动机故障状态信号(5)、充电状态信号(6)、倒 挡状态信号(7)、驻车制动信号(8)、自动防抱死系统状态信号(9)、安全 带状态信号(10)、左转向灯信号(11)和行车制动信号(12)通过相应的采 集模块处理后送至微处理器(49)，微处理器(49)对这些信号进行处理后经 微处理器与液晶屏(55)间控制数据交换信号链路(53)通过液晶屏功率驱 动模块(54)显示在液晶屏(55)上。
3、 根据权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的按键1被按下时，通过GPS信号输出链路(32)将进入GPS模块(31)的 导航卫星信号(30)送入微处理器(49)，再通过程序代码传输链路(34)将 存贮在程序代码存贮单元(61)中的导航地图程序(37)调入微处理器(49)， 通过将卫星信号(30)中的纬度和经度信息与数字地图的匹配操作，实现车 辆导航功能。
4、 根据权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的按键2被按下时；冷却水温度信号(17)、机油压力信号(18)、燃油液面 信号(19)、蓄电池电压信号(20)和酒精传感器信号(21)、车速信号(22)、发动机转速信号(23)、方向盘转角信号(24)分别经过相应的采集模块处理 后送入微处理器(49)，通过程序代码传输链路(34)将车辆状态参数分析模 块(35)和驾驶者驾驶状态分析模块(36)调入微处理器(49);车辆状态参 数分析模块(35)对一定时间段内的车速、发动机转速、水温、机油压力、 蓄电池电压随时间变化的趋势进行分析，计算这些参数变化的平均值、最大 值、最小值，超过设定的限值则驱动报警电路发出声光报警；驾驶者驾驶状 态分析模块(36)通过方向盘转角信号(24)计算方向盘的瞬时角加速度， 如超过设定的限值，则通过声光报警提示驾驶者驾驶状态异常，如驾驶者不 予理睬，则系统通过控制总线向发动机电控单元发出减油指令，强行降低车 速；驾驶者驾驶状态分析模块(36)基于酒精传感器的输出电压，确定驾驶 者的饮酒状态，如酒精传感器的输出电压值超过设定的限值，则通过声光报 警提示驾驶者处于饮酒驾车状态；
5.微处理器(49)将车辆状态参数分析模块(35)和驾驶者驾驶状态分析模 块(36)对上述信号的分析结果，显示在液晶屏(55)上；微处理器(49) 纪录当前的车辆总行驶里程，当新的累积行驶里程达到指定的保养里程间隔， 则每次车辆起动后总里程显示条(64)连续闪烁10秒，提示车辆进行保养。 5、根据权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的按键4被按下时，微处理器(49)通过仪表界面选择程序(41)选择黑匣 子状态显示界面，通过常规信号显示软件(42)显示液晶屏四周条形区域的 状态信号；液晶屏中间区域显示黑匣子数据和图形信息；车速信号(22)经 脉冲信号采集模块(25)采集后，存贮在动态数据存贮单元(29)，经由动 态数据存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49)，行车制动信号(12)经开关信号采集模块(28)采集后，通过动态数据存贮单元(29)经 由动态数据存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49);微处理器(49)通过程序代码传输链路(34)调用黑匣子数据分析程序(39)对接收 到的车速信号(22)和行车制动信号(12)，按照GB-T19056-2003汽车行驶记录仪国家标准的要求进行分析和处理；所有黑匣子信息在微处理器(49) 的控制下通过CF存贮卡与微处理器间的数据交换链路(50)存贮到CF存贮 卡(51)中；用户通过CF存贮卡与用户外设间的数据交换链路(52)将存贮 在CF存贮卡(51)上的黑匣子数据读出并在专用软件上进一步分析和处理以 获取更多的车辆运行信息。
6、 根据权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的按键5被按下或变速器处于倒挡位置时，微处理器(49)接收倒挡状态信 号(7)并调用仪表界面选择程序(41)选择视频倒车雷达显示界面，通过常 规信号显示软件(42)显示液晶屏四周条形区域的状态信号；液晶屏中间区 域显示车辆尾部距障碍物的距离和位置的图像信息；视频摄像头信号(13)、 视频摄像头信号(14)、视频摄像头信号(15)、频摄像头信号(16)经视频 信号采集模块(27)处理后，存贮在动态数据存贮单元(29)，经由动态数据 存贮单元的数据输出链路(33)送至微处理器(49);微处理器(49)通过 程序代码传输链路(34)调用摄像头视频信号分析程序(38)对这4路视频 摄像头信号进行数字滤波，并通过调用存贮在程序代码存贮单元(61)中的 通用视频图像显示软件(43)将该图像显示在液晶屏(55)上的仪表图形显 示区(63)内。
7、 按照权利要求1所述的一种多功能汽车数字仪表系统，其特征在于所述 的信息处理单元(62)内的微处理器(49)为带DSP功能的嵌入式单片机， 信息处理单元(62)内嵌入GPS模块和GPRS模块。
全文摘要
本发明涉及一种多功能汽车数字仪表系统。该系统包括1块液晶屏和固定在液晶屏背面的嵌入式单片机，传感器数据仍通过原模拟仪表板的总线接口读取，不改变原车辆仪表板的安装结构。该系统除具有汽车原模拟仪表的全部功能外，还具有车辆运行状态监视及故障诊断、驾驶者驾驶状态监视、车辆排放状态监视、汽车行驶记录仪、视频倒车雷达、GPS导航、GPRS无线数据传输等功能。本发明的多功能汽车数字仪表系统可极大扩展传统仪表板的功能，使其成为现代汽车信息处理中心。该系统的应用将有利于提高车辆的使用寿命、减少突发故障、提高车辆的运行和驾驶安全性、降低车辆的使用和管理成本、实现交通管理信息化。
文档编号G01D7/02GK101237765SQ20081005737
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者强 吴, 纪常伟 申请人:北京工业大学