专利名称：机动车辆电脑荧光显示控制仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于荧光显示控制仪表技术应用领域，特别涉及对机动车辆的信号显示及控制仪表的改进。
目前，机械式仪表是摩托车、汽车所普遍采用的仪表，用以显示和记录行驶中的各种数据、信息。这类仪表一般通过机械传感器来采集、显示所需的信息。例如，机械式仪表所取的里程是通过软轴传动，通过齿轮机构带动机械计数器累积得到。速度、转速信号是通过软轴与轮毂或发动机减速器联接的软轴机械旋转量得到；机械仪表分别安装在驾驶室前部面板上，占用面积大。机械仪表由于长时间机械磨损等因素，会导致读数不准确，机械类仪表的损坏率也较高。机械式仪表只是简单地显示信息，对于一些特定状态不能进行监视报警，也无对相应信息进行储存等处理的功能，更不能对车辆各机构进行相应的控制。机械类仪表功能单一，没有扩充其它功能的能力。机械式仪表的显示单调，只是简单的指针和示灯显示，不能实现文字、图形等的显示；此外，现在的机动车辆也没有对事故分析至关重要的“黑匣子”装置。
本实用新型的目的，在于设计出一种荧光显示、智能化的信息显示控制仪表，以克服已有技术的不足之处，该仪表采用单片机及A/D及D/A接口电路和I/O技术、传感器、荧光显示等技术，能对车辆行车时的各种信息进行综合显示及对数据进行记忆、存储，以及对车辆某些状态进行监视、报警及控制，该表使用寿命长，显示色彩丰富，功能灵活，可实现文字、图形显示，也可实现指示灯等的多种显示。还可实现“黑匣子”功能，以对车辆停车前若干分钟内的行车信息进行记录，有利于事故的分析。
本实用新型设计出一种数字化、智能化、荧光显示的机动车辆显示与控制仪表，采用了传感器、单片机系统及A/D和D/A接口电路和I/O技术、数字化显示等技术；多个传感器将车辆行车信息传送到单片机的A/D接口或I/O接口，接口电路将信号传送到CPU进行处理，CPU将显示信号传送到荧光显示译码及驱动电路，从而驱动荧光显示屏进行显示，并将控制信号传送到A/D接口，或输出I/O接口，来进行相应的控制、报警、外部显示等，并将若干信息进行储存处理。本实用新型可扩充其它显示控制功能，实现综合控制功能，也可利用点阵技术，实现复杂的图形及文字显示。另外，本实用新型还可实现“黑匣子”功能，以对车辆停车前若干分钟内的行车信息进行记录，有利于事故的分析。
本实用新型采用单片机技术，可对各类型及档次的机动车辆的各种信息按不同需要进行不同处理，如显示、储存、报警、控制等，它可对车辆的特定工作状态进行监视，报警及自动控制。本实用新型采用大规模荧光显示驱动电路和大面积荧光综合显示板，可将各种信息集于一块显示板显示，也可以分成几块显示，取代各类显示仪器、仪表，不但节约仪表的占用面积，而且数据显示清楚、悦目、准确、色彩鲜艳。还可利用点阵技术，实现复杂的图形及文字显示；荧光显示板安装位置灵活，可根据驾驶者的需要任意决定安装位置，使驾驶者观察方便可靠。该实用新型可广泛使用在各类机动车辆之中，并实质性的提高车辆的挡次，使车辆行驶更安全、可靠。
本实用新型可根据不同挡次的不同需要，灵活配置不同的传感器，或扩充其控制显示功能，微处理器根据不同需要，通过增加硬件及改变软件，来扩充功能。
本实用新型由1．传感器2．外部控制及显示机构3．A/D、D/A、I/O接口电路4．单片机CPU及外围电路5．荧光显示及译码、驱动电路6．“黑匣子”电路组成。
1．传感器本实用新型采用多个各种传感器，以把时速、里程、冷却水温、油量、发动机转速等量值变成电量，通过A/D或I/O接口传送给CPU，如防盗震动开关传送盗窃震动信息，电脉冲型传感器传送转速等信息，油量信息采用电流型传感器，限位开关等开关量传感器传送档位等开关量信息。这些传感器可根据实际需要选择、安装，有的可直接用原车上的传感器。
2．外部执行及显示机构执行机构用来执行CPU根据一定的逻辑条件所下达的动作指令，如当发动机过速时，需将相应的火花塞回路切断，这时就要有相应的机构(如继电器等)通过相应的接口电路来完成机算机下达的指令。由于把每种信息都在荧光屏上显示会造成成本的大幅增加，对于有些显示，采用外部显示，如指示灯，LED等。
3．A/D、D/A、I/O接口实际上，有的单片机本身具备A/D及D/A口，但由于并非每种单片机都如此，且为了在原理上更明确，加上由于电平不配套，电流驱动能力不够等原因，有时在输入A/D口之前或输出D/A口之后增加放大、驱动等电路；或I/O口前加一些光电隔离等驱动电路，故把A/D及D/A及I/O接口及前置或后续回路做为一个整体单独加以叙述。
A/D及输入I/O接口电路把传感器传送的模拟量变成数字量给CPU；或将开关量通过一定的方式给CPU，把机算机输出的数字量或开关量的指令通过D/A或输出I/O接口下达给外部执行及显示机构。
4．单片机CPU及外围电路这是本实用新型的中央控制机构，它对车辆的各种信息进行不同处理将应显示信号传送到数字化显示及驱动电路进行显示，并将控制信号传送到A/D及输出I/O接口电路，来进行相应的控制、报警等，将应储存的信息存储到相应的电路中。
5．荧光显示及译码、驱动电路用来显示行车信息，实际上，数字化显示具有多种方式，如液晶、LED等，但液晶显示视角小，对比度小，显示不够美观，本身需背光源，低温响应速度慢，受高低温等原因影响可导致寿命的大幅缩短而不够实用化；而LED方式发光亮度不够，耗电量过大，且由于工艺等原因，不能做成清晰的图案和点阵化显示，也不够实用化；而荧光显示(VFD)驱动所需功率小、电流小、自发光、亮度高、不需背光源、色彩丰富、显示清晰，视角宽，对比度大，可实现点阵化显示，以显示图形，中外文字，故本实用新型采用其做为显示方式。译码电路将CPU传来的信息按特定方式译码、驱动电路驱动荧光显示屏发光。
6．“黑匣子”本实用新型中采用了SRAM做为动态存储器，按一定的周期不断对各行车信息进行储存，可存储几分钟的信息；当车辆由于各种原因停车时，计算机微处理器自动将SRAM中的信息存储到EEPROM中，由于EEPROM可断电永久保存数据，故可随时读取数据，了解车辆停车前若干分钟内的行车信息进行记录，有利于事故的分析。
本实用新型提供一种一般机动车辆上适用的数字化、智能化、荧光显示及控制仪表的实施例。
图1～图6表示其基本原理及各部分组成、结构，下面结合各附图加以详细说明。
附图简要说明
图1为本实用新型原理框图图2为本实施例设计的电脉冲传感器示意图图3为本实施例采用的发动机异常状态保护控制电路图4为本实施例所采用的防盗报警传感器电路图5为本实施例电路硬件原理图图6为本实施例采用的程序流程框图图7为荧光显示一般原理图图8为本实施例荧光综合显示屏显示配置图
图1表示了本实用新型的基本原理框图，1是单片机及附属电路(晶振，电源，及支持其工作的其它元件)，2是多个传感器，3是A/D及输入I/O接口，4是D/A及输出I/O接口，5是外部执行及显示机构，6是荧光译码及驱动电路，7是荧光显示屏，8是SRAM芯片，9是EEPROM芯片。多个传感器2将机动车辆的个工作参数传送到A/D及输入I/O接口3，由A/D接口3及输入I/O将传感器2所感应的模拟量、开关量等变成CPU所可接受的数字量再传送给CPU；CPU做为整个系统的中心，负责对这些信号进行处理，包括将需显示的信号传送给荧光显示译码及驱动电路6，然后由它们驱动荧光显示屏7发光显示。对于需进行控制或外部显示的信息，(如超温报警、自动停止发动机的机构等)，CPU将控制信号传送到D/A接口及输出I/O接口4中，由D/A接口及输出I/O接口电路4将数字量转变成模拟量或开关信号控制相应的外部执行及显示机构5动作或显示。本实用新型中还采用了SRAM 8做为动态存储器，按一定的周期不断对各行车信息进行储存，可存储几分钟的信息；当车量由于各种原因停车时，计算机微处理器CPU自动将SRAM 8中的信息存储到EEPROM中，由于EEPROM可断电永久保存数据，故可随时读取数据，了解车辆停车前若干分钟内的行车信息进行记录，有利于事故的分析。
需要着重指出的是，在本图中CPU和A/D及D/A及I/O接口电路是分开画的，实际上，有的单片机本身具备A/D及D/A口，但由于并非每种单片机都如此，且为了在原理上更明确，加上由于电平不配套，电流驱动能力不够等原因，有时在输入A/D之前或输出D/A口之后增加放大、驱动等电路；或I/O口前加一些光电隔离等驱动电路，故把A/D及D/A及I/O接口及前置或后续回路做为一个整体单独加以叙述。
图2表示本实施例设计出的测量车速的脉冲型传感器，该传感器有一个套接在车辆轮毂内的减速器接口或软轴根部的园盘10，其上均匀分布若干个永磁体11，永磁体的数量视车具体情况而定，园盘一侧有一个霍耳元件12，用以感应永磁体，当车辆行驶时园盘随车轮转动而旋转，当园盘上的永磁体11经过转到霍耳元件12的位置时，霍耳元件感应到该永磁体并发出一个电脉冲，单位时间电脉冲的个数送入计算机即可得到车辆的行驶速度，由累积积分得到行驶里程。
图3表示本实用新型设计的一种控制器实施例发动机超转速、超高温保护控制器。13为点火线圈，14为火化塞，15为一带常闭触点的继电器；继电器15与单片机控制的输出接口相联。温度传感器把温度信号通过A/D接口传送给单片机，转换传感器将发动机转速信号通过A/D接口传送给单片机，当测得的信息超过了发动机转速及温度正常设定值时，由计算机处理器通过相应接口发出开关量控制信号，使继电器切断火花塞14的电路，实现对发动机的保护，由此避免了由于发动机输出功率不匹配等原因造成发动机转速急剧增高，而使发动机过热烧毁，或由于水箱缺水等原因造成发动机冷却不良而使发动机报废的严重后果。
图4表示本实用新型所设计的一种防盗报警传感器，主要结构为震动开关16，它由小拉簧17，震动小球18，导电侧壁19组成，小球通过小拉簧而和电源相接，正常状态下停车时，小球和导电侧壁是不接触的，当车由于盗窃等原因时震动时，小球就会发生触及到导电侧壁上，这就相当于接通开关，此时，开关信号就加到I/O接口，从而给计算机一个报警信号。
图5表示本实用新型电路详细构成，其中，8031是主单片微处理器，其外围电路包括晶振和复位等电路，地址锁存器74L373解决P0口的低八位线与数据总线分时复用问题，接在P2口上的锁存器是为了16位地址线同步；地址译码器74L138用地址线的高三位进行译码，它的输出分别作为ROM(2764)、SRAM(6264)、通道地址锁存器、A/D、D/A、8255、荧光驱动电路SED2000FOA等的片选信号。8路开关量输入(包括电脉冲信号，下述显示屏部分的转换开关信号等)通过光隔离器件后(可提高系统抗干扰能力)，直接连到P1口。
8路开关量输出(包括超速超温保护控制器信号等)到8255A的B通道；模拟输入接到AD574 A/D转换器上；模拟输出采用8位D/A芯片DAC0830输出二路模拟信号。
模拟电量通过A/D芯片A/D574将模拟量数字化后输入到8031中进行处理，开关量及脉冲量(实际也是一中不断开关的开关量)经过光电隔离电路后进入8031的P1口，开关量输出则通过可编程并行I/O接口输出，经过光电隔离器后输出，(由于光电隔离器是极为普遍的技术，在此仅用框图表示)。模拟量则通过DAC0830芯片输出。后级具体输出可根据实际情况灵活设置。
荧光译码、驱动专用电路SED2000FOA根据74L138的片选信号和单片机的数据进行译码、驱动、显示。SED2000FOA是一种荧光译码、驱动专用芯片，它具备40(阳极)×40(栅极)共1600显示点的驱动能力，根据软件设置，可驱动若干个符号(如下文所述之各显示图形)，也可将若干显示点组成平面阵列，(如100×10点阵)以显示中英文汉字，简单图形等，这主要取决于软件设置，从原理上讲，与驱动显示一般显示符无本质的不同。
工作时，8031根据设定程序巡测个传感器状态，根据设定周期送到荧光显示屏显示，或进行相应控制，同时将里程等送入EEPROM中，将若干分钟内的信息存入SRAM中，当车停时将SRAM中的数据写入EEPROM中，实现“黑匣子”功能。由于本实用新型采用的技术都是目前极为成熟的技术，故在具体管脚对应连接时仅用箭头等加以表示。
本实施例所说的计算机处理器CPU及处围电路也可选用其他各类8位或16位CPU及相应的外围元器件，还可将所有上述元件集成固化为一个或几个大规模电路。
图6表示本实施例的程序框图在仪表加电或按下RESET键时；CPU(Intel 8031)从复位状态开始工作，首先是仪表初始化，单片机系统初始化，荧光显示初始化等。把ROM中的程序调入RAM中。接下来是用于显示定时的定时器启动。然后开始测量油量，温度等模拟量信号，判断速度、转速传感器的跳变，计算速度和转速计数值。判断开关状态、转向、空挡等状态。显示计时到指定值(如1秒显示一次)时，计算测量结果，送到显示屏上显示。同时，根据里程及测量值进行相应报警、控制等。保存里程值到EEPROM中，其它各值在SRAM中(车未停时)，然后复位显示定时器，重新开始下一轮测量显示。当探测到车停状态时，CPU将SRAM中的信号转存到EEPROM中，否则，重复测量及显示过程。
图7表示荧光显示一般原理图当在灯丝20加额定灯丝电压21时，阴极被加热，由于它表面有一层逸出功很小的氧化物，于是便发射大量电子，栅极25上加了较高电压22，故阴极周围电子受栅极电场吸引而加速，大部分被加速了的电子穿过网状栅极25向x阴极运动，并轰击它，使它发光。同样，通过转换开关24,y,z也如此发光。
从上可看出，当需要增加显示段时，增加相应的阴极及栅极驱动个数即可，如本实施例中，使用荧光驱动专用芯片，为40(栅极)×40(阴极)芯片，共可驱动1600个发光点。图8表示本实施例中荧光显示屏显示内容分布本实施例中，采用大规模荧光(VFD)驱动电路芯片及大面积荧光综合显示板，大规模荧光驱动电路采用SED2000FOA，为一个100脚的40×40(栅、阳极脚数)共可驱动1600点的荧光显示驱动器，本实施例中将信息分成三块同样大小的荧光显示板显示，并采用一转换开关控制板。这三块板分别标以a,b,c,d。
a板中，E/M键是公制和英制转换键，RESET键是清零键，SELECF健是显示选择键，其功能由软件设置。
b板中，条形发光带表示发动机转速，亮点越多表示转速越高，三个七段荧光发光数码显示器是信息数量显示，KM/LTR表示每升行车距离，LTR/100KM表示百公里油耗；℃表示温度单位；下面的DIST,FUEL,OUT，分别表示剩油还能行驶距离、剩余油量、外部温度，再往下的AVG,INST，TRIP A,TRIP B则表示平均经济油耗、瞬间油耗、及两个区间里程数(小里程表)。具体显示的信息内容由a板中的SELECT选择开关设定，当选择相应内容时，相应指示灯亮，此时三个七段荧光发光数码显示器显示的就是相应内容。如想要看剩油行驶距离，则通过选择开关SELECT键选到DIST项，此时，DIST灯亮，三个七段荧光发光数码显示器就显示剩油行驶距离。
c板中，左、右箭头表示方向灯，上部中间的亮灯符号表示远光灯，下面的阴影方框表示点阵区，以显示中英文、简单图形等，(上面的文字只是表示假定超速时显示的内容，并无只显示此文字之意)下面较大的三个七段荧光发光数码显示器表示车速，分别可以MPH(英里/小时)和km/h(公里/小时)表示，用转换开关E/M转换，下方的七个七段荧光发光数码显示器表示时间和累积行程，也用转换开关SELECT转换。
d板中，左边的条形发光带表示油量，F端是满油，E端是无油，中间依发光条数量的多少来显示剩油多少；右边的条形发光带表示冷却水温，H端为高，C端为温度低，中间中间依发光条数量的多少来显示温度高低。中间的九段荧光发光显示器表示档位信息，还有下列国际通用符号左上角的
符号表示手刹车状态，右上角的
符号表示刹车片磨损程度，中部偏左的形状符号表示警示灯，中部偏右的小人形状的符号表示保护气袋，中下部的电池符号表示电池充、放电小油壶符号为需加油警示。以上显示内容在显示屏中的位置可任意变换，显示屏形状可任意设计，也可按要求设计制作其他样式，也可集中于一块板显示，或用另外的分块方法，还可增加其他所需要的显示内容，也可不显示实际车辆所没有的显示内容。由于荧光显示具有自发光功能，不依赖外光源，在夜间行驶时不需另加光源。
权利要求1.一种机动车辆电脑荧光显示控制仪表，其特征在于包括用于采集车辆各种信息的多个传感器、将所说的传感器输出的模拟量信息转换成供计算机微处理器处理的数字信号的A/D转换器及输入I/O、将计算机微处理器的指令信号转换成供控制机动车辆特定工作状态用的模拟信号的D/A转换器及输出I/O及执行机构，用于数据处理及存储的计算机微处理器及其外围电路，对所说计算机微处理器的输出信号进行显示的荧光显示板及其译码与驱动电路，对车辆停车前若干分钟行车信息进行储存的“黑匣子”电路各部分构成。
2.根据权利要求1所述的机动车辆电脑数字化显示控制仪表，其特征在于所说传感器包括电流型传感器，电压型传感器，电脉冲型传感器，开关型传感器，所说的计算机微处理器采用单片机，所说的微处理器外围电路包括晶振电路、复位电路、地址数据复用总线，地址译码电路、存储器及控制信号电路。
3.根据权利要求1所述的机动车辆电脑荧光显示控制仪表，其特征在于所说的电脉冲型传感器为套接在车轮毂或软轴根部的园盘及分置在园盘上的若干个永磁体及霍耳元件组成，永磁体随园盘作园周运动，经过霍耳元件时使霍耳元件感应到该永磁体而发出电脉冲。
4.根据权利要求1所述的机动车辆电脑荧光显示控制仪表，其特征在于所说的执行机构为发动机超转速、超高温保护控制器，由在点火线圈与火花塞组成的发动机火花塞回路中安装一具有常闭触电的继电器所组成，该继电器受计算机微处理器控制得电时，将点火线圈和火花塞回路切断，使发动机停止工作。所说的继电器与所说的计算机微处理器输出I/O接口相连。
5.根据权利要求1所述的机动车辆电脑荧光显示控制仪表，其特征在于所说的荧光显示屏，所说的荧光显示屏上包括如下显示信号用条形发光带表示的发动机转速，亮点越多表示转速越高，用若干七段荧光显示器显示信息数量，KM/LTR表示每升行车距离，LTR/100KM表示百公里油耗；下面的DIST,FUEL,OUT，分别表示剩油还能行驶距离、剩余油量、外部温度，再往下的AVG,INST,TRIP A,TRIP B则表示平均经济油耗、瞬间油耗、及两个里程数。具体显示的信息内容由SELECT选择开关设定(用以实现大信息量显示)，当选择相应内容时，相应指示亮，此时三个七段数字发光数码显示器显示的就是相应内容，数字后面显示相对应的单位(KM/LTR、LTR/100KM、℃)。用左、右箭头表示的方向灯，用亮灯符号表示远光灯、用若干个七段数字发光数码显示器表示车速，分别可以MPH(英里/小时)和km/h(公里/小时)即英制和公制表示，用若干个七段数字发光数码显示器表示时间和累积行程，也用转换开关SELECF转换具体显示内容。用条形发光带表示的油量，也可用数字直接显示多少升，F端是满油，E端是无油，中间依发光条数量的多少来显示剩油多少；用条形发光带表示的冷却水温也可用数字直接显示多少度，H端为高，C端为温度低，中间中间依发光条数量的多少来显示温度高低。用九段荧光显示器表示的档位信息，还包括如下国际通用符用P符号表示手刹车状态，用!符号表示刹车片磨损程度，符号表示警示灯，用小人形状的符号表示保护气袋。用电池符号表示电池充、放电，用油壶符号作为需加油警示。另外，还有一个由若干荧光显示发光点组成的点阵阵列，以显示中英文文字及简单图形。
6．根据权利要求书1所述的机动车辆电脑荧光显示控制仪表，其特征在于所说的“黑匣子”电路，它由SRAM和EEPROM组成，车辆行驶时，单片机微处理器不断地将行车信息按一定周期写入SRAM中，当车辆由于某种原因停止时，SRAM中的信息写入EEPROM中，从而可记录停车前若干分钟的行车信息。
专利摘要机动车辆电脑荧光显示控制仪表;本实用新型属于荧光显示控制仪表技术领域。主要包括多个探测车辆各种行驶状态的传感器、A/D、D/A、I/O接口电路、计算机微处理器及其外围电路、荧光显示及其译码和驱动电路、外围执行机构、“黑匣子”等部分。本实用新型可对不同类型的车辆的各种信息进行显示、处理、存储,对车辆的特定工作状态进行监视、报警及自动控制。该仪表显示集中、清晰,占用面积小,安装位置灵活,数据显示清楚、准确、美观、色彩丰富,可实现点阵式中英文及图形显示,在夜间更有其独到的优越性。可代替司机自动处理一些危险情况,或发出报警来提醒司机,大大提高安全性。它还具有“黑匣子”功能,可记录车辆停车前若干分钟内车辆的各行车信息,对于车辆的事故分析有极大的意义,本实用新型可扩展性极强,实现多方面的显示、控制、报警功能。本实用新型可广泛用于各类档次的机动车辆之中,并可实质性地提高车辆的档次,使车辆行驶更安全。
文档编号B60K35/00GK2322819SQ97222789
公开日1999年6月9日 申请日期1997年12月2日 优先权日1997年12月2日
发明者吕东明 申请人:吕东明