汽车黑盒仪表及其工作方法与流程

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是涉及一种汽车黑盒仪表。

背景技术：

随着汽车电子技术的不断发展，一方面，大尺寸中控台的出现使得很多行车信息可以在中控台上进行显示，另一方面，汽车仪表的屏幕尺寸越来越大，显示的内容也越来越多，部分中控台信息也可以在汽车仪表上进行显示。汽车仪表与中控台的功能相互融合，二者的界限越来越不明显。从长远的发展来看，汽车仪表与中控台二者都有相互替代对方的可能。但是，目前的汽车仪表和中控台存在以下缺点：汽车仪表和中控台通常都是相互独立设计的，或者是将汽车仪表的部分功能集成到中控台上，因此，汽车仪表和中控台需要分别单独设计和开模，增加了整车成本；将汽车仪表集成于中控台，降低了汽车仪表工作的实时性，不利于于汽车仪表的快速响应；将汽车仪表集成于中控台，则驾驶员需转移视线至中控台获取相关信息，导致驾驶过程中存在不安全性；以及，传统仪表的音频性能差，声音提示效果单调等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽车黑盒仪表，该汽车黑盒仪表采用模块化的硬件设计方案，降低了开发成本，提高开发效率，可以实现不同车型的产品共用

一种汽车黑盒仪表，包括集成于仪表盒的处理器模块、数据采集模块、总线通讯模块以及电源模块；所述处理器模块分别与所述数据采集模块和所述总线通讯模块相连接；所述数据采集模块用于采集车身数据；所述处理器模块用于系统控制和数据处理；所述总线通讯模块包括数据接收单元、数据采集单元以及数据发送单元；所述汽车黑盒仪表通过所述总线通讯模块与显示装置进行数据交互。其中，采集模块是用于处理器模块根据从汽车总线接收到的数据和汽车黑盒仪表所接的外部传感器获取状态和数据，是汽车黑盒仪表信息采集的一部分。

本发明的汽车黑盒仪表集成于除了显示装置和指示装置的汽车仪表系统，使汽车黑盒仪表成为通用的黑盒模块，该黑盒模块形成一个完整的数据采集及信号处理系统，并且能够完成网络管理、数据收发、行车电脑算法实现等常规汽车仪表的所有功能，汽车黑盒仪表通过总线通讯模块即可实现与显示装置，例如汽车中控台、HUD（Head Up Display，平视显示器）或后枕屏等的数据交互。本发明的汽车黑盒仪表将汽车仪表功能模块化，能够适用于不同的车型、不同的外部系统等，无需重新进行硬件设计，仅需要根据不同的需求进行相关软件功能的开关即可，因此，本发明的汽车黑盒仪表通用性高，可移植性好。本发明的汽车黑盒仪表缩短了汽车仪表产品的开发周期，降低了生产成本。本发明的汽车黑盒仪表能够充分利用汽车的显示装置的优势，例如利用汽车中控台显示屏幕大、音频性能好的优势等。

进一步地，汽车黑盒仪表包括多个与显示装置连接的端口。

本发明的汽车黑盒仪表作为单独的模块，可以通过多个端口与多个外部设备连接，并且将数据分类，根据不同的外部设备发送不同的数据。例如，汽车黑盒仪表与汽车中控台相连接，向汽车中控台发送行车电脑信息、报警信息、蜂鸣信息等；汽车黑盒仪表与HUD相连接，由于HUD能够方便驾驶员查看信息，因此可作为主要的车况显示设备，相应地，汽车黑盒仪表将车速、转速、里程等数据信息发送至HUD。

进一步地，数据采集模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块，所述开关量采集模块和模拟量采集模块均包括输入保护电路、信号调理电路、模拟开关电路以及信号处理电路。

开关量采集模块和模拟量采集模块均可以根据实际需求进行裁剪。开关量采集模块用于采集两态信号，例如手刹的拉起和释放；模拟量采集模块用于采集连续变化的信号量，如电压、温度和邮箱油量等。

进一步地，电源模块包括：电压转换电路、反接保护电路、过压保护电路、过流保护电路、以及状态监测电路。

电源模块内部集成了反接保护电路、过压保护电路、电压转换电路、过流保护电路以及状态监测电路，可以根据实际需要通过物料的裁剪实现不同的功能，从而不需要重新制版和电路设计。进一步地，汽车黑盒仪表在设计时可以预留相关空间，但需要裁剪或增加电路模块时，不需要重新制版。

进一步地，总线通讯模块包括输入保护电路、收发器电路、二级保护电路以及信号处理电路。

输入保护电路可以防止总线电压过高烧坏仪表元件，二级保护电路可以最大限度地保护仪表的处理器，收发器电路可根据实际需要选择。

进一步地，还包括集成于所述仪表盒的无线模块；所述汽车黑盒仪表通过所述无线模块与移动设备进行交互。

本发明的汽车黑盒仪表还可以通过无线模块实现与移动设备，例如手机、平板电脑等的数据交互。

进一步地，无线模块包括WIFI模块和蓝牙模块。

WIFI模块和蓝牙模块连接至汽车黑盒仪表的处理器模块的SPI接口。为了减少对处理器模块的管脚的占用，可以使WIFI模块和蓝牙模块共同一个处理器模块的接口，通过不同的片选信号来选择使用哪一种无线通讯方式。可以理解地，也可以采用除了WIFI模块和蓝牙模块以外的无线模块。

本发明还提供一种汽车黑盒仪表的工作方法，其特征在于，包括步骤：

上电后，触发总线处理进程；

上电后，同时触发数据采集进程；

对采集到的数据进行处理；

以及，将处理好的数据发送至显示装置进行交互。

本发明的汽车黑盒仪表上电后立即进行总线处理进行程，实现总线网络的信息处理，这一任务的实时性要求极高，而这是中控台在上电后无法及时响应的任务。因此，本发明的汽车黑盒仪表的工作方法能够满足车规级的实时要求。

进一步地，还包括步骤：

实时检测是否有无线设备请求连接；

若检测到有无线设备请求连接，则进行安全认证步骤。

汽车黑盒仪表通过无线连接实现与移动设备，例如手机、平板电脑等的连接，能够方便用户使用移动设备查看汽车黑盒仪表，以及后期的升级改装。为了保证信息连接的安全，可设置在移动设备首次连接或每次连接汽车黑盒仪表时需要进行安全认证，例如输入认证密码等。可以理解地，也可以设置为仅需首次连接时需要进行安全认证，汽车黑盒仪表存储已认证的移动设备的相关设备信息后，保证相同的移动设备在下一次与汽车黑盒仪表连接时不需要重新输入密码，从而方便用户使用。

进一步地，将处理好的数据发送至显示装置进行交互的步骤包括：将处理好的数据进行数据分类，根据不同的显示装置发送对应的信息。

将处理好的数据进行分类发送是为了满足向不同的接收对象，即显示装置发送与其相对应的信息。并且，当不同的接收节点在不同的网段时，可以有效地减小汽车黑盒仪表和整车的总线负载率。例如，汽车黑盒仪表向汽车中控台发送声音报警信息、行车电脑信息、量表信息、故障报警信息、故障查询信息等；向汽车前面板发送指示灯信息等；向后枕屏发送车速等量表信息、告警信息等；向HUD发送量表信息、告警信息等；通过无线网络向移动设备发送量表信息、报警信息、行车电脑信息以及故障信息等。

本发明的汽车黑盒仪表采用模块化的硬件设计方案，降低了开发成本，提高开发效率，可以实现不同车型的产品共用。由于汽车黑盒仪表省略了相关显示单元，并与车内的相关模块通过总线相连，充分利用了车内的相关组件扩展了显示的范围，利用中控台输出报警声音相比现在仪表内提醒声音内容更多，借助中控大尺寸显示器，能使得行车信息显示更加丰富。并且本发明的汽车黑盒仪表还扩展了对外的无线数据连接，方便后期的升级和应用扩展。

附图说明

图1为一实施例的汽车黑盒仪表的系统示意图。

图2为一实施例的汽车黑盒仪表的电源模块的示意图。

图3为一实施例的汽车黑盒仪表的数据采集模块的示意图。

图4为一实施例的汽车黑盒仪表的总线通讯模块的示意图。

图5为一实施例的汽车黑盒仪表的应用场景的示意图。

图6为一实施例的汽车黑盒仪表的工作流程图。

图7为一实施例的汽车黑盒仪表的数据处理流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明汽车黑盒仪表作进一步详细描述。

如图1至图5所示，一较佳实施例中，本发明的汽车黑盒仪表包括集成于仪表盒的处理器模块、数据采集模块、总线通讯模块、无线模块以及电源模块。处理器模块分别与数据采集模块、总线通讯模块、无线模块相连接。处理器模块用于系统控制和数据处理。总线通讯模块包括了数据接收单元、数据采集单元以及数据发送单元。数据采集模块用于采集车身数据。总线通讯模块用于接收车身其他节点发送的数据并实现汽车黑盒仪表与外部设备的连接。电源模块负责整个汽车黑盒仪表的供电。无线模块用于实现汽车黑盒仪表与移动设备的连接。其中，无线模块可根据实际需要增加或移除。

本发明的汽车黑盒仪表集成于除了显示装置和指示装置的汽车仪表系统，使汽车黑盒仪表成为通用的黑盒模块，该黑盒模块形成一个完整的数据采集及信号处理系统，并且能够完成网络管理、数据收发、行车电脑算法实现等常规汽车仪表的所有功能，汽车黑盒仪表通过总线通讯模块即可实现与显示装置，例如汽车中控台、HUD（Head Up Display，平视显示器）或后枕屏等的数据交互。本发明的汽车黑盒仪表将汽车仪表功能模块化，能够适用于不同的车型、不同的外部系统等，无需重新进行硬件设计，仅需要根据不同的需求进行相关软件功能的开关即可，因此，本发明的汽车黑盒仪表通用性高，可移植性好。本发明的汽车黑盒仪表缩短了汽车仪表产品的开发周期，降低了生产成本。本发明的汽车黑盒仪表能够充分利用汽车的显示装置的优势，例如利用汽车中控台显示屏幕大、音频性能好的优势等。

汽车黑盒仪表包括多个与外部设备连接的端口，从而汽车黑盒仪表可通过多个端口实现与多个显示装置的连接，充分利用外接的显示装置扩展了汽车仪表数据的显示范围。进一步地，可以数据进行分类，根据不同的显示装置发送不同的数据。优选地，可根据不同显示装置的优势进行数据分类及发送。例如，汽车黑盒仪表与汽车中控台相连接，向汽车中控台发送行车电脑信息、报警信息、蜂鸣信息等，由于中控台显示屏幕较大，因此可以使行车信息显示更加丰富；汽车黑盒仪表与HUD相连接，由于HUD能够方便驾驶员查看信息，因此可作为主要的车况显示设备，相应地，汽车黑盒仪表将车速、转速、里程等数据信息发送至HUD。

数据采集模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块。其中，开关量采集模块用于采集和监测车身传感器的状态，如手刹的拉起和释放，是否有刹车踩下，机油压力是否过低，是否有安全带未系和座位上乘客是否坐下等。模拟量采集模块用于采集车身电压、剩余油量、汽车内外温度、离合和刹车踩下的行程等信息。开关量采集模块通过IO口与处理器模块相连接。模拟量采集模块通过AD口与处理器模块相连接。开关量采集模块和模拟量采集模块均包括输入保护电路、信号调理电路、模拟开关电路以及信号处理电路。开关量采集模块和模拟量采集模块均可以根据实际需求进行裁剪。

电源模块包括反接保护电路、过压保护电路、电压转换电路、过流保护电路以及状态监测电路。电源模块内部集成了电压转换电路、反接保护电路、过压保护电路、过流保护电路以及状态监测电路，可以根据实际需要通过物料的裁剪实现不同的功能，从而不需要重新制版和电路设计。电源模块还可增加温度检测电路。电源模块的电源输出至汽车黑盒仪表的各模块。进一步地，汽车黑盒仪表在设计时可以预留相关空间，但需要裁剪或增加电路模块时，不需要重新制版。

总线通讯模块包括输入保护电路、收发器电路、二级保护电路以及信号处理电路。输入保护电路可以防止总线电压过高烧坏仪表元件，二级保护电路可以最大限度地保护仪表的处理器，收发器电路可根据实际需要选择。

汽车黑盒仪表还包括集成于仪表盒的无线模块。无线模块与处理器模块通过SPI接口相连接。因此，汽车黑盒仪表可通过无线模块实现与移动设备，例如手机、平板电脑等的数据交互。无线模块包括WIFI模块和蓝牙模块的一种或同时包括这两种。WIFI模块和蓝牙模块连接至汽车黑盒仪表的处理器模块的SPI接口。为了减少对处理器模块的管脚的占用，可以使WIFI模块和蓝牙模块共同一个处理器模块的接口，通过不同的片选信号来选择使用哪一种无线通讯方式。可以理解地，也可以采用除了WIFI模块和蓝牙模块以外的无线模块。

如图6和图7所示，为本发明的汽车黑盒仪表的工作方法。具体包括：

首先，将汽车黑盒仪表与一个或多个显示装置进行连接，然后为汽车黑盒仪表上电，上电后汽车黑盒仪表立即触发总线处理总程（步骤S01）。汽车黑盒仪表内部运行的是轻量实时系统（Real-time operating system,简称RTOS），上电后经过极短的时间就可立即进行总线处理进程。优选地，总线处理进行为CAN总线处理进行。

然后，汽车黑盒仪表上电的同时会触发数据采集进程（步骤S02），使数据采集模块开始进行数据采集工作。模拟量采集模块和开关量采集模块将采集到的车身数据发送至处理器模块。

接着，处理器模块从总线通讯模块获取车身其他节点发送的数据，对车身其它节点发送的数据以及数据采集模块采集的数据进行处理，并且进行数据分类处理（步骤S03）。

最后，根据汽车黑盒仪表连接的不同显示装置或移动设备，发送相应的数据进行交互（步骤S06）。

本发明的汽车黑盒仪表上电后立即进行总线处理进行程，实现总线网络的信息处理，这一任务的实时性要求极高，而这是中控台在上电后无法及时响应的任务。因此，本发明的汽车黑盒仪表的工作方法能够满足的实时精度更高。本发明将处理好的数据进行分类发送是为了满足向不同的接收对象，即显示装置发送与其相对应的信息，从而保证信息显示的对立性。并且，当不同的接收节点在不同的网段时，可以有效地减小汽车黑盒仪表和整车的总线负载率。例如，汽车黑盒仪表向汽车中控台发送声音报警信息、行车电脑信息、量表信息、故障报警信息、故障查询信息等；向汽车前面板发送指示灯信息等；向后枕屏发送车速等量表信息、告警信息等；向HUD发送量表信息、告警信息等；通过无线网络向移动设备发送量表信息、报警信息、行车电脑信息以及故障信息等。

本发明的汽车黑盒仪表的工作方法还包括步骤：实时检测是否有无线设备请求连接（步骤S04）；若检测到有无线设备请求连接，则进行无线处理进程（步骤S05）。具体地包括以下步骤：首先，当汽车黑盒仪表检测到无线设备的连接请求时，根据无线设备的MAC地址和设备ID确认这一设备是否是新接入设备；若该无线设备是新接入设备，则对该无线设备进行安全认证，若认证通过则可开始汽车黑盒仪表与无线设备的数据传输；若该无线设备不是新接入设备而是已过进行过安全认证的设备，则可直接进行汽车黑盒仪表与无线设备的数据传输。汽车黑盒仪表通过无线连接实现与移动设备，例如手机、平板电脑等的连接，能够方便用户使用移动设备查看汽车黑盒仪表，以及后期的升级改装。为了保证信息连接的安全，可设置在移动设备首次连接或每次连接汽车黑盒仪表时需要进行安全认证，例如输入认证密码等。可以理解地，也可以设置为仅需首次连接时需要进行安全认证，汽车黑盒仪表存储已认证的移动设备的相关设备信息后，保证相同的移动设备在下一次与汽车黑盒仪表连接时不需要重新输入密码，从而方便用户使用。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。