专利名称：一种汽车数字化仪表的控制显示方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车数字化仪表的控制显示方法和装置，是一种电子控制 显示的方法和装置，是一种用于显示汽车在运行过程中的各种状态信号的显示 方法和装置。
背景技术：
楚地了解汽车的运行状态，防止出现意外。汽车运行状态的显示通常包括两个
方面 一方面是基本状态显示，另一方面是警告显示。传统的汽车仪表十分简 单，显示的内容也比较少，驾驶者对仪表基本不能采取任何干涉，只能是仪表 显示什么，驾驶者就只能取得什么，没有任何选择的余地。
发明内容
本发明的目的是提出一种汽车数字化仪表的控制显示方法和装置。本发明 所述方法基于CAN总线技术，应用于CAN总线汽车数字化仪表中。本发明所 述方法将包括CAN上获得的"R文信号和输入开关量信号进行处理，并将其分为 三种显示形式指针仪表显示、警告灯显示、LED综合显示屏显示。其中指针 仪表显示也不是传统的模拟仪表，而是采用了步进电机微步控制方式，指针表 的运行很容易用软件方式加以控制，控制精度更高，仪表的定位也更加准确， 即符合人们传统习惯的需要也符合现代数字显示的精度需要。
本发明的目的是这样实现的 一种汽车数字化仪表的控制显示方法，所述 方法使用的仪表装置包括CAN总线、MCU微控制器、步进电机驱动的指针数字仪表、LED信息指示灯、带有选择按钮的LCD数字显示屏、带有操作棒的 LCD综合显示屏；其特征在于所述方法的运行步骤如下
启动的步骤，仪表装置上电进行自检，进入是否低功耗状态检测；
CAN总线通讯管理的步骤；
MCU微控制器接收并处理CAN总线发来信息的步骤；
指针仪表显示的步骤，MCU微控制器将水温、油量、发动机转速、车速四 个信号传输给步进电机驱动的数字指针仪表进行显示；
告警信号显示的步骤，MCU微控制器确定是否有告警信号，如果有则点亮 相应LED信息指示灯；
里程显示的步骤，MCU樹:控制器将汽车里程显示在LCD数字显示屏上；
综合显示的步骤，MCU微控制器通过用户使用操作棒的选择在LCD综合 显示屏显示信息的步骤；
停止的步骤，电源切断装置停止工作。本发明产生的有益效果是本发明使用步进电机的指针仪表，指示准确。 使用综合显示屏，综合信息显示功能强大，完备的菜单操作功能， 一屏多用功 能。清晰的声音文字报警功能。里程显示准确可靠，完备的CAN通讯网络管理， 独特的低功耗设计。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图l是本发明实施例一所述的汽车数字化仪表的控制显示方法的框图2是本发明实施例一所述报警信息的显示内容；
图3是本发明实施例二所述是否低功耗状态检测的方法框图4是本发明实施例三所述CAN总线通讯管理的方法框图；图5是本发明实施例四所述指针仪表显示的方法框图； 图6是本发明实施例五所述综合显示的方法框图； 图7是本发明实施例五所述综合显示操作菜单地图8是本发明实施例六所述汽车数字化仪表的控制显示装置的外形示意图； 图9是本发明实施例六所述汽车数字化仪表的控制显示装置的原理框图。
具体实施例方式
实施例一
本实施例是一种汽车数字化仪表的控制显示方法，过程如图1所示。所述 方法使用的仪表装置包括CAN总线、MCU微控制器、步进电机驱动的指针数 字仪表、LED信息指示灯、带有选择按钮的LCD数字显示屏、带有操作棒的 LCD综合显示屏。所述方法的过程如图1所示，运行步骤如下
启动的步骤，仪表装置上电进行自检，进入是否低功耗状态检测；
CAN总线通讯管理的步骤；
MCU微控制器接收并处理CAN总线发来信息的步骤；
指针仪表显示的步骤，MCU微控制器将水温、油量、发动机转速、车速四 个信号传输给步进电机驱动的数字指针仪表进行显示；
告警信号显示的步骤，MCU微控制器确定是否有告警信号，如果有则点亮 相应LED信息指示灯；
里程显示的步骤，MCU微控制器将汽车里程显示在LCD数字显示屏上；
综合显示的步骤，MCU微控制器通过用户使用操作棒的选择在LCD综合 显示屏显示信息的步骤；
停止的步骤，电源切断装置停止工作。
本实施例具备声音文字报警功能当系统出现各种报警状态时，报警提示信息会以文字的形式出现在显示屏上，同时报警蜂鸣器鸣响报警，非常直观明 了，能够使驾驶司机在第一时间内知道报警的信息，对驾驶安全非常有利。本
实施例能提供的报警信息由图2的表显示。
本实施例的里程计算是通过速度报文信号来进行的，报文数据范围0~ 65535 (对应0~655.35km/h)。仪表用32位的数据变量做累加，在计算累加时， 累加变量按照实际要求显示最小单位O.l km的100倍来进行计算(分里程的显 示精确到O.lkm，总里程的显示精确到lkm),计算分里程显示数据时再将结果 除以100后进行(总里程除以1000),这样相当于计算过程保留了部分小数位， 部分消除了由于计算过程取整导致的数据精度下降的因素，提高了里程累计的 精度。
例如速度报文是24000时，对应的速度是240.00km/h,理论上计算1分 钟内可行驶的里程是240.00km/h + 3600S x 60S=4km, 10分钟内可行驶的里程是 240.00km/h + 3600S x 600S=40km。
仪表设计为每隔1秒进行里程累计计算，按照累加算法计算设1秒内速 度保持不变，均为240km/h, 0.1 km对应的数字量应为100 (应为1，扩大100 倍)。若计算过程采用整数运算，则每秒行使距离为2400 (单位为O.lkm) x 100 + 3600 66(单位为0.1 km ),累计2秒后的里程能超过O.l km(对应数字量100 ), 66 x 2 132>100 (对应0.1 km )， 60秒累计的里程为132 x 30 = 3960，里程累计 误差为(4000-3960) + 4000=40 + 4000 x 100% =1%;要显示数据最小显示单 位是0.1 km，将60秒累计的里程数3960除以100计算显示数据位还原为3.9 km， 则显示误差为0.1 + 4 x 100%=2.5%;用同样方法计算IO分钟内的误差为132 x 300 = 39600 (理^仑值40km，对应数字量40000),里程累计误差为400 + 40000
8xl00%=l%，显示误差为0.4 + 40x 100%=1%。累计误差和显示误差由于所耳又 的小数点位置不同计算的结杲不一样，随着里程的增加，显示误差趋于稳定， 与累计误差相同。若采用浮点数运算，可进一步提高里程累计和显示的精度。
里程采用非易失性的EEPROM存储，增加掉电存储保护措施，因此里程的 记录精度较高，不易漏、丢数据。 实施例二
本实施例是实施例一的改进，是实施例一所述的汽车数字化仪表的控制显
化仪表的低功耗性能，本实施例设计了系统休眠唤醒功能。在仪表不工作时系 统进入休眠状态，关断外部相应工作芯片电源，MCU进入STOP模式，减小整 个仪表功耗。在仪表要工作时，若外部相关开关动作，仪表重新被唤醒恢复到 工作状态。上述过程如图3所示，其中的子步骤包括
判断点火开关是否由开到关的子步骤，如果"是"则进入下一子步骤，如 果"否，，这进入"CAN总线通讯管理的步骤"；
判断各个车门和后舱是否打开的子步骤，如果"是"则延时一分钟后进入 下一子步骤，如果"否"则直接进入下一子步骤；
关断仪表装置元器件工作电源的子步骤；
保持MCU低功耗电源的子步骤；
判断点火开关是否动作的子步骤，如果"是，，则进入"CAN总线通讯管理 的步骤，，，如果"否"则回到"保持MCU低功耗电源的子步骤"。
这些措施保证了仪表的功耗指标能在一个较小的指标范围内，在讲究环保、 节能减排的今天4艮有意义。
9实施例三
本实施例是实施例二的改进，是实施例二所述的汽车数字化仪表的控制显 示方法所述的CAN总线通讯管理的步骤的细化。CAN通讯功能是本实施例的 重要特点，为保证CAN通讯的正常进行，本实施例对CAN通讯设计了比较周 全的网络管理策略。
在点火开关由OFF变为ON后和由ON变为OFF后，对CAN通讯启动和 节点网络同步关断进行有效管理。
正常通讯条件下，对帧超时进行有效监测和处理。对Bus Off进行监测判断， 在Bus Off发生后及时对CAN通讯进行恢复。
正常工作条件下，能对系统电压进行监测，并且在不同的电压域值范围内 对CAN通讯的启动、停止和诊断进行有效的控制。同时对CAN网络故障进行 滤波记录、存储(非易失性)，能够提供故障代码信息。
这些措施保证了 CAN仪表通讯的正常进行，也保证了 CAN仪表的品质。 工作过程如图4所示。其中的子步骤包括
判断点火开关是否由关到开的子步骤，如果"否"则保持停止的状态，如 果"是"则进入下一子步骤；
执行网络通讯准备策略的子步骤在半分钟内不发送任何报文，初始化好 CAN控制器，准备接收和发送报文；
判断CAN网络是否关闭的子步骤，如果"是，，则4丸行网络回复策略子步骤， 如果"否"则进入下一子步骤；
判断电压是否变化子步骤，如果"是，，则执行网络电压监测策略，若电压 降至8. 5V以下，关断CAN"^断和记录；当电压降至6. 5V以下，关断CAN通讯；当电压升至7. OV以上，启动CAN通讯；当电压升至9. 0V以上，半分钟后启动 CAN诊断和记录。如果"否"则进入则进入下一子步骤；
判断报文是否超时子步骤，如果"是"则执行网络报文超时策略若5倍 报文周期后仍然没有收到该报文，则将报文内容清零。如果"否"则进入则进 入下一子步骤；
网络故障记录子步骤；
判断点火开关是否由开到关子步骤，如果"否"则继续保持工作状态，如 果"是"则进入下一子步骤；
网络同步关断子步骤，并回到"判断点火开关是否由关到开的子步骤"。 实施例四
本实施例是实施例三所述的汽车数字化仪表的控制显示方法所述的指针仪 表显示的步骤的细化，其中驱动过程如图5所示，其子步骤包括
根据CAN总线报文计算目标步进数子步骤；
根据当前电机位置计算步进电机步进数差值子步骤；
根据电机步进数差值计算当前电机所处的相位子步骤；
根据电机所处的相位输出相应电才M目位控制波形子步骤。
本实施例是所述的汽车数字化仪表的控制显示方法中的车速表、发动机转 速表、水温表、燃油表的指针显示方式。由于釆用了步进电机微步控制方式， 指针表的运行很容易用软件方式加以控制，控制精度更高，仪表的定位也更加 准确，更加符合实际需要。
车速表、转速表、水温表没有通过传感器采集信号，而是实时接收CAN总 线其它节点发送来的车速、转速和水温信号经过计算转化为步进电机的目标步进数，步进电机按照目标步进数运转，将信号参数以角度的方式显示出来，由 于没有中间的测量转换环节，在其它节点传送的报文满足精度的情况下，可以
很准确地指示出报文传输的信号值来，具体计算过程如下
仪表中采用的步进电机减速比为180: 1，最小输出角为1/12。。软件控 制采用电机微步控制方法，步进电机旋转一周360°设计为96微步，指针旋转 一周360°控制步进数为96 x 180= 17280微步，精确模拟出控制步进电机两个 线圏的控制正余弦曲线输出波形，就能满足步进电机自身所要求的控制精度。 车速指针指示范围为0~240° ,才艮文彩:据范围0~ 65535 (对应0 ~ 655.35km/h， 实际为0~240km/h),则0 ~ 240°对应的步进电机控制微步数为240 / 360 x 17280= 11520微步，角度每度对应的步进数是11520/240 = 48微步，1/12° 对应的步进数是48/12 = 4微步，每微步能够表示的速度值为240/ 11520 0.021 km/h,由于步进电机最小输出角的灵敏度限制，4微步引起1/12。变化 对应的速度值为1/12 km/h 0.083 km/h，在车速报文准确的前提下，指示灵敏 度和精度远远满足要求。
其它指针表的步进电机驱动程序与车速表相同，差别在于仪表的输入信号 不同，指示的角度范围有差别，在输入信号与输出步进电机步进数的换算关系 不同。
转速指针仪表指示范围0-240° ,对应转速信号0 8000rpm,每度对应的 步进数是11520 / 240 = 48微步，每微步能够表示的速度值为8000 / 11520 0.7 rpm， 4微步1 / 12°对应的转速值为48/12 x 0.7 rpm = 2.8 rpm，因而在转速 报文准确的前提下，指示灵壽文度和精度也很高。
水温指针指示指针偏转角度0~ 120° ，对应的电机微步步进数为5760微步，
12一个报文数字量引起的温度变化为(142 + 48)/255 0.745°C,对应的电机步进 数为5760/255 22微步，温度指示精度和灵敏度满足要求。
燃油指针指示，指针偏转角度0 120° ,对应的电机」徵步步进数为5760微 步，燃油油箱液位传感器电阻信号，范围275 ±7Q ~30±3Q (空~满58升)， 若采用IO位AD， 5V参考电压，对应的数字量为220-29，每个数字量对应的 燃油容积为58 / ( 220 - 29 ) 0.3036升，其对应的电才几步进数为5760 / ( 220 -29) 30微步，燃油容积指示的精度和灵敏度也满足要求。
实施例五
本实施例是实施例四的改进，实施例四所述的汽车数字化仪表的控制显示 方法所述的综合显示的步骤的细化，综合显示的过程框图如图6所示，其中的 综合显示过程的子步骤包括
显示1.5秒的LOGO图像子步骤；
显示1.5秒的保养信息子步骤；
显示行车菜单信息子步骤；
判断是否有倒车雷达信息子步骤，如果"是"则显示倒车雷达信息，如果 "否"则进入下一子步骤；
判断是否有报警信息子步骤，如果"是，，则显示4艮警信息，如果"否"则 进入下一子步骤；
判断是否有功能菜单设置要求子步骤，如果"是"则进入功能菜单设置， 如果"否"则进入"显示行车菜单信息"子步骤。
本实施例设置128 x 64点阵液晶屏，用于综合信息显示。综合信息显示是 本实施例的重要特点，很多重要的信息都可以在总能显示屏幕上以文字的形式
13显示出来，是本实施例的重要人机界面，具有以下主要特点
综合信息显示一屏多用功能在显示屏显示的内容种类很多，在点火开关 由OFF变为ON时显示品牌和保养信息。在汽车处于正常行车状态时显示时间、 瞬时油耗、可行驶距离信息(自动档车型显示档位信息)和报警信息。在汽车 处于倒车状态下时成为倒车雷达的信息显示界面，将倒车过程中的距离和报警 信息实时显示出来，保证倒车过程中的驾驶安全。
完备的菜单操作功能在车速满足条件时，驾驶员可以通过仪表的操作按 键进入系统功能修改菜单界面，对车身元器件功能设置进行修改，修改完后仪 表报文随之改变，并周期性发送给CAN网络其它节点。车身CAN网络其它节 点根据收到的仪表报文内容对其控制的功能及参数进行修改，极大方便了驾驶 员的操作。另外，功能菜单还提供中英文语言选择、单位选择、时间设定、报 警车速的修改等功能，给用户提供了极好的修改操作选择界面。其功能菜单操 作界面如图7所示。
实施例六
本实施例是一种汽车数字化仪表的控制显示装置。本实施例是一款新型的 数字式仪表，它主要采用CAN总线与其它仪表进行信息的交互，接收汽车CAN 总线其它节点的报文信号，还有外部输入开关量信号，驱动指针仪表的指示、 LED指示灯以及"t艮警信息的显示输出。另外，本实施例还可以接收倒车雷达信 号，作为倒车信息的显示终端。本实施例是一个人机交互的媒介，通过仪表的 菜单设置修改功能，用户可以方便地更改时间、单位、语言、报警参数、汽车 车身其它ECU控制模块的控制策略和控制参数，给人感觉设计非常人性化。
本实施例的外形如图8所示，车速表l、转速表3、水温表8、燃油表4四个步进电机驱动的指针式表。LCD综合显示屏2、里程显示屏6、里程切换开关 5和里程显示屏6 (数码显示屏)和LED信息指示灯(26个)7组成。原理框 图如图9所示。本实施例包括CAN总线、12伏汽车电源、信息按钮、燃油模 拟传感器、倒车雷达，与CAN总线连接的CAN总线收发器，与所述CAN总线 收发器连接的MCU、所述的MCU分别与电源模块、时钟芯片、输入信号调理 电路、输出指示显示电路连接；所述的输入信号调理电路包括与信息按钮连 接的开关量采集电路、与燃油模拟传感器连接的AD采集电路、与倒车雷达连 接的输入捕捉电路；输出指示显示电路包括4个指针步进电机、里程LCD数 字显示屏、综合信息显示屏LCD、报警信息显示LED。
本实施例的基本工作原理仪表开关量通过MCU端口和开关量采集芯片采 集，通过串行通讯送MCU芯片。MCU芯片通过CAN收发器与网络中的其它节 点进行通讯，接收报文信号，转化为指针表的指示，同时也根据CAN报文和开 关量的报警信号点亮LED信息指示灯。仪表同时根据车速信号完成计算里程、 采集时钟芯片时间信息进行显示的功能。另外，在车速小于5km/h的情况下， 仪表还可以接收按键控制信号进行功能菜单的修改设置功能。在倒车雷达报文 信号有效时综合信息LCD可切换至倒车信息显示界面进行倒车信息的显示。
权利要求
1. 一种汽车数字化仪表的控制显示方法，所述方法使用的仪表装置包括CAN总线、MCU微控制器、步进电机驱动的指针数字仪表、LED信息指示灯、带有选择按钮的LCD数字显示屏、带有操作棒的LCD综合显示屏；其特征在于所述方法的运行步骤如下启动的步骤，仪表装置上电进行自检，进入是否低功耗状态检测；CAN总线通讯管理的步骤；MCU微控制器接收并处理CAN总线发来信息的步骤；指针仪表显示的步骤，MCU微控制器将水温、油量、发动机转速、车速四个信号传输给步进电机驱动的数字指针仪表进行显示；告警信号显示的步骤，MCU微控制器确定是否有告警信号，如果有则点亮相应LED信息指示灯；里程显示的步骤，MCU微控制器将汽车里程显示在LCD数字显示屏上；综合显示的步骤，MCU微控制器通过用户使用操作棒的选择在LCD综合显示屏显示信息的步骤；停止的步骤，电源切断装置停止工作。
2. 根据权利要求1所述的汽车数字化仪表的控制显示方法，其特征在于所 述的启动的步骤中进入是否低功耗状态检测中的子步骤包括判断点火开关是否由开到关的子步骤，如果"是"则进入下一子步骤，如 果"否"这进入"CAN总线通讯管理的步骤，，；判断各个车门和后舱是否打开的子步骤，如果"是"则延时一分钟后进入下一子步骤，如果"否"则直接进入下一子步骤； 关断仪表装置元器件工作电源的子步骤；保持MCU低功耗电源的子步骤；判断点火开关是否动作的子步骤，如果"是"则进入"CAN总线通讯管理 的步骤"，如果"否"则回到"保持MCU低功耗电源的子步骤"。
3. 根椐权利要求2所述的汽车数字化仪表的控制显示方法，其特征在于所 述的CAN总线通讯管理的步骤中的子步骤判断点火开关是否由关到开的子步骤，如果"否"则保持停止的状态，如 果"是"则进入下一子步骤；执行网络通讯准备策略的子步骤；判断CAN网络是否关闭的子步骤，如果"是"则执行网络回复策略子步骤， 如果"否"则进入下一子步骤；判断电压是否变化子步骤，如果"是"则执行网络电压监测策略，如果"否" 则进入则进入下一子步骤；判断报文是否超时子步骤，如果"是"则执行网络报文超时策略，如果"否" 则进入则进入下一子步骤；网络故障记录子步骤；判断点火开关是否由开到关子步骤，如果"否"则继续保持工作状态，如 果"是"则进入下一子步骤；网络同步关断子步骤，并回到"判断点火开关是否由关到开的子步骤"。
4. 根据权利要求3所述的汽车数字化仪表的控制显示方法，其特征在于所 述的指针仪表显示的步骤中驱动过程包括的子步骤根据CAN总线报文计算目标步进数子步骤；根据当前电机位置计算步进电机步进数差值子步骤；才艮据电机步进数差值计算当前电机所处的相位子步骤；根据电机所处的相位输出相应电机相位控制波形子步骤。
5. 根据权利要求4所述的汽车数字化仪表的控制显示方法，其特征在于所 述的综合显示的步骤中的综合显示过程所包括的子步骤显示1.5秒的LOGO图像子步骤； 显示1.5秒的保养信息子步骤； 显示行车菜单信息子步骤；判断是否有倒车雷达信息子步骤，如果"是"则显示倒车雷达信息，如果 "否"则进入下一子步骤；判断是否有报警信息子步骤，如果"是"则显示报警信息，如果"否"则 进入下一子步骤；判断是否有功能菜单设置要求子步骤，如果"是"则进入功能菜单设置， 如果"否"则进入"显示行车菜单信息"子步骤。
6. —种汽车数字化仪表的控制显示装置，包括CAN总线、12伏汽车电源、 信息按钮、燃油模拟传感器、倒车雷达，其特征在于还包括与CAN总线连接 的CAN总线收发器，与所述CAN总线收发器连接的MCU、所述的MCU分别 与电源模块、时钟芯片、输入信号调理电路、输出指示显示电路连接；所述的 输入信号调理电路包括与信息按钮连接的开关量采集电路、与燃油模拟传感 器连接的AD采集电路、与倒车雷达连接的输入捕捉电路；输出指示显示电路 包括4个指针步进电机、里程段码液晶显示器、综合信息显示屏LCD、报警 信息显示LED。
全文摘要
本发明涉及一种汽车数字化仪表的控制显示方法和装置，是一种用于显示汽车在运行过程中的各种状态信号的显示方法和装置。本发明的目的是这样实现的所述方法使用的装置包括CAN总线、MCU、指针数字仪表、信息指示灯、LCD数字显示屏、LCD综合显示屏；运行步骤启动；CAN总线通讯管理；MCU微控制器接收并处理CAN总线发来信息；指针仪表显示；告警信号显示；里程显示；综合显示；停止。本发明使用步进电机的指针仪表，指示准确。使用综合显示屏，综合信息显示功能强大，完备的菜单操作功能，一屏多用功能。清晰的声音文字报警功能。里程显示准确可靠，完备的CAN通讯网络管理，独特的低功耗设计。
文档编号G01C22/00GK101509791SQ200910080250
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者哲 解, 谢有浩 申请人:北京长城华冠汽车技术开发有限公司