基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台的制作方法

专利名称：基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台的制作方法
技术领域：
本发明是基于虚拟技术和数字技术的汽车用多功能仪表，属于汽车用多功能组合仪表类。
背景技术：
汽车仪表是驾驶员与汽车进行交流的窗口，汽车仪表的发展至今经历了四个阶段第1代汽车仪表的工作原理基于机械原理，是机械式仪表；第2代汽车仪表基于电测量原理，即通过各类传感器将待测的非电量物理量转换成电信号进行测量，是电气式仪表；第3代为模拟电路电子式仪表；第4代为步进电动机式全数字汽车仪表。现有的步进电动机式全数字汽车仪表常采用机械式或电子式实物仪表、指示器和信号装置，仍会出现机械或电气故障，影响其测量示值的准确性和工作可靠性，因此性能有待进一步提高。
为完善仪表功能应有报警系统，为判断事故原因应有行车记录，为改善驾驶条件还应有电子倒车后视装置，为方便出行亦需车载办公系统(无线上网)等等。这些单一的车载系统有的已在汽车上应用，但至今仍无集汽车仪表和多种信息功能为一体的基于虚拟和数字技术的汽车仪表和信息综合平台。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，它集汽车仪表和多种信息功能为一体。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是液晶显示器由显卡通过AGP插槽与车载计算机相连，液晶显示器显示汽车运行状态监测和人机操作界面；触摸屏通过串口与车载计算机相连；指示灯开关信号通过信号线与数字I/O数据采集卡相连，数字I/O数据采集卡通过PCI插槽与车载计算机相连，数字I/O数据采集卡提供数字I/O功能，它采集各照明与信号指示灯开关(左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、风窗玻璃刮水器指示灯)、各报警信号指示灯开关(制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯)、电机故障和电机挡位信号；车轮转速传感器采用磁电式转速传感器，它安装在半轴上，通过串口与车载计算机相连，用于测量车轮转动角速度；蓄电池监测系统通过串口与车载计算机相连，它用于监测蓄电池的荷电状态SOC(State OfCharge)、温度、电压和电流；摄像头通过AV端子将电信号输入电视卡，电视卡通过PCI插槽与车载计算机相连，摄像头起后视镜的作用；GPS接收器通过USB接口与车载计算机相连，GPS接收器接收全球定位系统GPS(Global Position System)发送的汽车定位信号，然后通过地图匹配技术将汽车定位点描绘在电子地图上；无线上网卡通过USB接口与车载计算机相连，无线上网卡(CDMA Modem)使车载计算机通过CDMA 1X网络与Internet相连。
所述的液晶显示器为1-7个。
所述的液晶显示器为1个时，其屏幕分为电子后视镜区、定位导航(电子地图)区、车速里程表区、蓄电池工作状态监测区、照明与信号指示灯区、警报信号指示灯区、程序控制区，触摸屏固定在液晶显示器屏幕上；电子后视镜区显示摄像头所拍摄的汽车后方影像，以便驾驶员观察车后交通状况；定位导航区显示电子地图，它利用GPS接收器接收的汽车定位信息在电子地图上描绘汽车运行轨迹；车速里程表区显示车速表、超速报警灯、带复位按钮的单程里程表和累计里程表；蓄电池工作状态监测区显示蓄电池荷电状态SOC(State Of Charge)和蓄电池温度；照明与信号指示灯区显示如下指示灯的状态左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、挡位指示灯和风窗玻璃刮水器指示灯；警报信号指示灯显示如下指示灯的状态制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯和电机故障灯；程序控制区显示如下程序的运行按钮电子后视镜、车载定位导航、汽车运行记录(黑匣子)、互联网浏览器、MP3播放器、无线电视和调频收音机。
所述的车载计算机为小型台式计算机或嵌入式计算机。
本发明为虚拟仪表，采用数字化方式实现车辆运行信息的采集、分析处理和显示，具有结构简单、工作稳定等特点，同时通过模块化设计和系统集成，将汽车虚拟仪表和车载电子信息设备如电子后视镜、车载定位导航、故障监测、无线上网、影音娱乐、运行记录等系统进行集成，共用一台车载计算机，形成基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，它集汽车仪表和多种信息功能为一体，可达到简化结构、降低成本、提高可靠性、实现多功能的目的。


图1为以纯电动汽车为例的系统人机界面框2为硬件系统的结构框3为软件系统的组成框4为应用软件的结构框图具体实施方式

如图2所示，基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，液晶显示器由显卡通过AGP插槽与车载计算机相连，液晶显示器显示汽车运行状态监测和人机操作界面；触摸屏通过串口与车载计算机相连；指示灯开关信号通过信号线与数字I/O数据采集卡相连，数字I/O数据采集卡通过PCI插槽与车载计算机相连，数字I/O数据采集卡提供数字I/O功能，它采集各照明与信号指示灯开关(左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、风窗玻璃刮水器指示灯)、各报警信号指示灯开关(制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯)、电机故障和电机挡位信号；车轮转速传感器采用磁电式转速传感器，它安装在半轴上，通过串口与车载计算机相连，用于测量车轮转动角速度；蓄电池监测系统通过串口与车载计算机相连，它用于监测蓄电池的荷电状态SOC(State Of Charge)、温度、电压和电流；摄像头通过AV端子将电信号输入电视卡，电视卡通过PCI插槽与车载计算机相连，摄像头起后视镜的作用；GPS接收器通过USB接口与车载计算机相连，GPS接收器接收全球定位系统GPS(GlobalPosition System)发送的汽车定位信号，然后通过地图匹配技术将汽车定位点描绘在电子地图上；无线上网卡通过USB接口与车载计算机相连，无线上网卡(CDMA Modem)使车载计算机通过CDMA 1X网络与Internet相连。
如图1所示，液晶显示器为1个，分为电子后视镜区、定位导航(电子地图)区、车速里程表区、蓄电池工作状态监测区、照明与信号指示灯区、警报信号指示灯区、程序控制区，触摸屏固定在液晶显示器屏幕上；电子后视镜区显示摄像头所拍摄的汽车后方影像，以便驾驶员观察车后交通状况；定位导航区显示电子地图，它利用GPS接收器接收的汽车定位信息在电子地图上描绘汽车运行轨迹；车速里程表区显示车速表、超速报警灯、带复位按钮的单程里程表和累计里程表；蓄电池工作状态监测区显示蓄电池荷电状态SOC(StateOf Charge)和蓄电池温度；照明与信号指示灯区显示如下指示灯的状态左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、挡位指示灯和风窗玻璃刮水器指示灯；警报信号指示灯显示如下指示灯的状态制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯和电机故障灯；程序控制区显示如下程序的运行按钮电子后视镜、车载定位导航、汽车运行记录(黑匣子)、互联网浏览器、MP3播放器、无线电视和调频收音机。
车载计算机采用小型台式计算机(如采用嵌入式技术，可进一步降低体积和成本)。各种指示灯开关信号通过数字I/O数据采集卡传入计算机，各种模拟信号(如车轮转速、蓄电池电压、电流和温度等)通过相应传感器传入计算机。数据和信号通过计算机软硬件处理后在人机界面(液晶显示器)上显示。本例人机界面为单屏，也可采用多屏。本例人机界面划分为7个区，分别显示不同的信息和车辆运行数据。各功能的启动按钮位于触摸屏上，驾驶员可以通过触摸屏很方便地启动相应程序，获取所需的动态信息。汽车仪表均为虚拟，可在人机界面(液晶显示器)上显示。
本发明将虚拟数字式汽车仪表与电子后视镜、车载定位导航、故障监测、无线上网和影音娱乐、运行记录等附加信息系统进行了集成，使它们分主次共享车载计算机资源，分区域和分时共用车载液晶显示器。系统集成中，应以与驾驶员行车安全密切相关的虚拟数字式汽车仪表、电子后视镜、车载定位导航和故障监测系统为主，以无线上网和影音娱乐系统为辅。
通过合理的系统集成与选用适合于车载使用和性价比高的部件，提高系统的综合性能和降低系统的总体成本。
将各信号的监测单元和系统的各子功能单元作为相互独立的子模块，各子模块可独立工作，也可依一定的联系组合成为一个系统。模块化在硬件结构上表现为各板卡的模块式集成，在系统的软件整合上表现为虚拟仪器结构。这种模块化设计可提高系统的可靠性、可维护性和可测试性。
一方面，由于汽车仪表功能的不断丰富，这需要在设计上考虑系统的可扩展性，提高系统的升级换代性能和性价比。另一方面，为得到经济实用的小型系统，这需要在设计上考虑系统的精简性，在保证系统基本功能的前提下降低成本和价格。系统的可扩展性和精简性表现在系统软件之间和硬件之间的兼容性以及软件和硬件之间的柔性连接上。
虚拟数字式汽车仪表应是一种基本上能满足各种车型的通用汽车仪表，只要在软件中针对不同车型将有关参数作适当修改，软硬件主体结构不需作改动，便能使通用汽车仪表与该车型相匹配并满足其要求。这样可省去针对不同车型对汽车仪表进行重新设计、调试和做可靠性试验等复杂过程，能最大限度地缩短产品开发的时间和费用，同时避免了可能出现的技术风险。
系统应能满足国家和汽车行业标准中汽车仪表耐久性试验的要求，能连续可靠运行24小时。通过对系统硬件采取良好的屏蔽和保护措施，使其具有可靠的抗干扰能力。通过对系统软件的备份，使其具有自恢复能力。
系统应能经受上下、左右、前后三个方向的定频振动试验和上下方向的扫频振动试验。振动试验后，各硬件不得有松动和损坏现象，并且系统的工作性能应符合国家和汽车行业相关标准的规定。
系统在-20C～55℃的环境温度下应能正常工作，其工作性能应符合国家和汽车行业相关标准的规定。
系统应具有较强的兼容性，在Windows操作系统下能与将来可能添加的硬件和软件配合使用，以扩展系统功能。
本发明通过传感器采集待测非电量物理量，采用数字化方式实现车辆运行信息的传输、分析处理和显示，并结合虚拟仪器VI(Virtual Instrument)技术，用虚拟指示器和信号装置代替相应实物，构建虚拟数字仪表。同时，本发明在汽车仪表基础上扩展了功能，将电子后视镜、车载定位导航、故障监测与诊断、行车记录、无线上网(车载办公系统)、影音娱乐系统组合在一起，并由车载计算机统一控制。通过此方式，组合成具有7种功能(功能可增减)的基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台。
一、系统的人机界面及功能系统的人机界面是驾驶员和系统进行信息交换的桥梁。本发明研发的实物采用单一大屏幕显示屏，亦可采用多屏的形式。系统的人机界面根据功能分为7个区，界面设计和分区时充分考虑驾驶员的使用要求(驾驶安全、操作方便)，确保输出的信息显示直观醒目和驾驶员的操作准确无误。
图1为以纯电动汽车为例的系统人机界面框图(传统汽车仅需将蓄电池SOC和蓄电池温度表的信息显示改为燃油箱油量和发动机冷却液温度等参数即可)。
人机界面分为7个区域1、电子后视镜区电子后视镜区显示摄像头所拍摄的汽车后方影像，以便驾驶员观察车后交通状况。当驾驶员挂上倒挡时，电子后视镜区会自动以全屏显示，方便驾驶员倒车。
2、定位导航(电子地图)区定位导航区显示电子地图，它利用GPS接收器接收的汽车定位信息在电子地图上描绘汽车运行轨迹。定位导航程序可提供静态导航功能，能根据驾驶员提供的起点和终点名称，自动确定最短行车路线。
3、车速里程表区车速里程表区显示车速表、超速报警灯、带复位按钮的单程里程表和累计里程表。
应通过实车试验，对用理论公式进行计算的车速表进行校正。当车速为10km/h的整数倍时，会有语音提示“xxkm/h”告知驾驶员。当车速超过某一限定高速时，超速报警灯会点亮，并发出超速报警语音提示“请注意，车速超过xxkm/h”。
单程里程表显示单次行程的行驶里程，按下复位按钮可使单程里程表回零。
累计里程表显示汽车的累计总行驶里程。
4、蓄电池工作状态监测区蓄电池工作状态监测区显示蓄电池荷电状态SOC(State Of Charge)和蓄电池温度。当蓄电池SOC低于SOC下限值(如40％)时，蓄电池电量不足，蓄电池SOC表用红色显示，同时会有语音提示“请注意，电量不足”，以提醒驾驶员注意。当蓄电池SOC高于SOC上限值(如80％)时，蓄电池电量充足，蓄电池SOC表用绿色显示。当蓄电池SOC在SOC上、下限值之间(如40％～80％)时，蓄电池电量正常，蓄电池SOC表用蓝色显示。当蓄电池温度高于某一上限值时，蓄电池过热，蓄电池温度表用红色显示，同时会有语音提示“请注意，蓄电池过热”。当蓄电池温度低于该温度上限值时，蓄电池温度正常，蓄电池温度表用绿色显示。
5、照明与信号指示灯区照明与信号指示灯区显示如下指示灯的状态左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、挡位指示灯和风窗玻璃刮水器指示灯。它们的标志(形状和颜色)应符合GB4094-1999《汽车操纵件、指示器及信号装置的标志》。当某灯的开关闭合且该灯能正常工作，则会有语音提示“xx灯开”。
6、警报信号指示灯区警报信号指示灯区显示如下指示灯的状态制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯和电机故障灯。它们的标志(形状和颜色)应符合GB4094-1999《汽车操纵件、指示器及信号装置的标志》。当某部件有故障时，会有语音提示“请注意，xx有故障”。
7、程序控制区程序控制区显示如下程序的运行按钮电子后视镜、车载定位导航、汽车运行记录(黑匣子)、互联网浏览器、MP3播放器、无线电视和调频收音机。按下某一按钮就会启动相应程序。该区中的停止按钮用于使虚拟数字式汽车仪表软件停止运行。
为保证行车安全，行车时互联网浏览器和无线电视程序不可运行，以防止这两者的窗口占用屏幕和对驾驶员视线产生干扰。
汽车运行记录仪可指示和记录汽车的行驶速度、距离及对应的时间，它可作为黑匣子用于对汽车交通事故进行分析。
二、硬件系统系统硬件的选用和组合原则为充分考虑各硬件的兼容性和性价比；充分考虑系统的电磁兼容性，保证系统能够在比较恶劣的电磁环境下正常工作；满足系统的七个基本功能要求，并充分考虑系统的可扩展性和精简性，预留若干可扩展接口。图2为硬件系统的结构框图，图中包括如下主要部件。
1、车载计算机车载计算机采用小型台式计算机，其CPU为AMD Athlon 2000+XP，主频为2.0GHz；内存容量为512M；主板为KM400A-8235，集成显卡、声卡和网卡，提供3个PCI插槽，1个AGP插槽，若干串口和USB接口。亦可应用嵌入式技术，若采用嵌入式操作系统和相应的微处理器等软硬件，则可降低系统成本和体积，有利于其在汽车上应用。
2、液晶显示器液晶显示器显示汽车运行状态监测和人机操作界面，它和显卡通过AGP插槽与车载计算机相连。
3、触摸屏触摸屏起鼠标作用，它通过测量触摸点在触摸屏上的位置，确定光标在液晶显示器屏幕上的位置。驾驶员通过在触摸屏上点击，就可方便的操作车载计算机。触摸屏固定在液晶显示器屏幕上，通过串口与车载计算机相连。
4、数字I/O数据采集卡数字I/O数据采集卡提供数字I/O功能。它通过PCI插槽与车载计算机相连。它采集的纯电动汽车信号包括各照明与信号指示灯开关(左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、风窗玻璃刮水器指示灯)、各报警信号指示灯开关(制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯)、电机故障和电机挡位信号。
5、车轮转速传感器车轮转速传感器采用磁电式转速传感器，用于测量车轮转动角速度。它安装在半轴上，通过串口与车载计算机相连。
6、蓄电池监测系统采用与车载蓄电池(如镍氢蓄电池)相配的蓄电池监测系统，它用于监测蓄电池的荷电状态SOC(State Of Charge)、温度、电压和电流。它通过串口与车载计算机相连。
7、摄像头摄像头起后视镜的作用，它利用电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)图像传感器将光信号转换为电信号，然后通过AV端子将电信号输入电视卡，电视卡再通过相应的软件将摄像头所拍摄的影像实时再现在液晶显示器屏幕上。
8、电视卡电视卡可接收无线电视信号、AV端子信号、S端子信号和调频广播信号，它通过相应的视频和音频软件可播放无线电视、摄像头所拍摄的影像和调频广播。它通过PCI插槽与车载计算机相连。
9、GPS接收器GPS接收器接收全球定位系统GPS(Global Position System)发送的汽车定位信号，然后通过地图匹配技术将汽车定位点描绘在电子地图上。它通过USB接口与车载计算机相连。
10、无线上网卡无线上网卡(CDMA Modem)使车载计算机通过CDMA 1X网络与Internet相连。它通过USB接口与车载计算机相连。
三、软件系统1、软件系统的组成如图3所示，软件系统主要由操作系统、硬件驱动程序和应用软件三部分组成。操作系统采用Windows2000，它是多任务操作系统，支持多种硬件设备。硬件驱动程序由硬件厂商提供。应用软件包括虚拟数字式汽车仪表和车载多功能信息平台应用软件、车载定位导航软件、互联网浏览器、视频和音频播放软件。
2、虚拟数字式组合汽车仪表和车载多功能信息平台软件虚拟数字式组合汽车仪表和车载多功能信息平台软件的开发工具采用NI(NationalInstrument)公司的LabVIEW，它提供虚拟仪器的图形化软件开发环境。该软件按照结构化、模块化和通用化的程序设计原则进行程序结构设计，自顶向下、逐步细化，直至编码。通过编程，可使该软件调用其它应用软件。
如图4所示，虚拟数字式汽车仪表和车载多功能信息平台应用软件的结构可分为主控模块、事件捕获模块、事件处理模块和数据存储模块。
主控模块主要控制和协调程序中其它模块的运行。
事件捕获模块主要监视、识别并报告外部或内部事件的发生，然后通知主控模块，主控模块再激活事件处理模块中的相应线程从而响应外部或内部事件。
事件处理模块是该应用软件功能实现的主体，它由若干松散耦合在一起的功能子模块组成，功能子模块中包括对其它应用程序的调用。它在外部或内部事件的触发下执行特定的子模块，实现一定的功能。
数据存储模块主要用于存储一些重要的运行数据(如车速、里程、行驶轨迹等)和故障报警记录，以便于进行事后统计分析、故障分析和诊断。
实时多任务系统为应用软件提供一个对现实世界的多重、离散事件的控制和响应的机制。每个任务有独立的线程，任务之间独立运行又相互协调。在应用软件的设计过程中，应避免由于系统资源的使用不恰当或程序结构设计不合理而出现系统效率低下、共享冲突、任务终止或系统死机等问题，保证系统实时、高效、可靠地工作。
现将事件处理模块中的车速里程表、蓄电池监测系统及指示灯状态显示模块和数据存储模块中的运行记录数据存储模块详述如下。
(1)车速里程表车速里程表采用磁电式转速传感器测量车轮转动角速度(r/min)。该转速传感器安装在半轴上，半轴每转动1圈，则该转速传感器就向与其相连的下位机(单片机)发出1个脉冲。车速里程表下位机测量每个脉冲上升沿之间的时间间隔中所含的定时基数0.05s的倍数n，则脉冲周期(s)T＝0.05n.。相应的，车轮转速(r/min)ω=10.05n×60=1200n,]]>车速(km/h)ua=0.377×r×ω=0.377×r×1200n---(1)]]>其中r为车轮半径(m)。
同时，下位机也对转速传感器发出的脉冲个数进行计数，得到车轮转动总圈数m，则行驶里程(km)S＝2π×r×m/1000 (2)下位机通过RS485-RS232转接头与上位机的串行接口RS-232相连，上位机(车载计算机)通过串行接口RS-232读取车速里程表下位机测出的n和m值，然后按式(1)、(2)计算车速和行驶里程，并将其值显示在虚拟仪表界面上。
上位机和下位机之间遵循如下串口通讯协议d、串口设置波特率为9600bps，数据位为8位，停止位为1，无流控制。
e、上位机向下位机发送指令上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms。
第1个字节为32(16进制数)，它为车速里程表下位机地址号。串口校验位设为Mark。
第2个字节为C5(16进制数)，它为要求下位机发送数据的命令。串口校验位设为Space。
第3个字节为F7(16进制数)，它为第1个字节(地址号)和第2个字节(命令)的异或所组成的校验码，即32 XOR C5＝F7。串口校验位设为Space。
f、下位机向上位机发送数据下位机接受到上位机发送的上述3个字节后，向上位机发送数据n和m。下位机向上位机发送的数据遵循如下格式n_L-n_H-m_LL-m_LH-m_HL-m_HH-check，其中n_L、n_H为式(1)中n所对应的16进制数的第2、1个字节；m_LL、m_LH、m_HL、m_HH分别为式(2)中m所对应的16进制数的第4、3、2、1个字节；校验码check为n_L、n_H、m_LL、m_LH、m_HL、m_HH的异或。
(2)蓄电池监测系统蓄电池监测系统的下位机(单片机)采用电压传感器、电流传感器和温度传感器分别测量蓄电池的工作电压、电流和温度，其上位机根据上述参数计算出蓄电池的SOC。现以一实例说明蓄电池监测系统的工作原理。将车载280节镍氢蓄电池分为40组(每组7节)，每组蓄电池上安装1个测电压和温度的下位机，该下位机可测该组蓄电池组中每节蓄电池的电压和该组蓄电池组的温度。整个蓄电池堆上安装1个测蓄电池堆电流的下位机。
蓄电池监测系统的41个下位机都挂接在一条网线上，该网线通过RS485-RS232转接头与上位机的串口相连，上位机和下位机通过此方式组成总线型网络。上位机通过“点名”方式向下位机发送命令，相应的下位机接受到上位机命令后，向上位机发送上位机所需的数据。
上位机(车载计算机)按如下串口通讯协议通过串行接口RS-232读取蓄电池监测系统下位机测出的电压、电流和温度值。
c、串口设置波特率为9600bps，数据位为8位，停止位为1，无流控制。
d、上位机向下位机发送指令测电压和温度时，上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms。
第1个字节为地址号，即蓄电池组的地址编号01～28(16进制数)。串口校验位设为Mark。
第2个字节为命令C3(16进制数)，表示要求下位机发送电压和温度数据。串口校验位设为Space。
第3个字节为校验码(16进制数)，它为第1个字节(地址号)和第2个字节(命令)的异或。串口校验位设为Space。
测电流时，上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms。
第1个字节为测电流的下位机地址号29(16进制数)。串口校验位设为Mark。
第2个字节为命令C4(16进制数)，表示要求下位机发送电流数据。串口校验位设为Space。
第3个字节为校验码ED(16进制数)，它为第1个字节(地址号)和第2个字节(命令)的异或，即29 XOR C4＝ED。串口校验位设为Space。
e、下位机向上位机发送数据下位机A/D转换为10位，基准电压为3.3V。
下位机接受到上位机发送的上述3个字节后，向上位机发送上位机所需的数据。
测电压和温度的下位机向上位机发送的数据(16个字节)遵循如下格式该组第1节蓄电池的电压高位(2bit)和低位(8bit)，……，该组第7节蓄电池的电压高位(2bit)和低位(8bit)，该组蓄电池的温度高位(2bit)和低位(8bit)。
测电流的下位机向上位机发送的数据(2个字节)遵循如下格式该组蓄电池的电流高位(2bit)和低位(8bit)。
上位机接受到下位机发送的数据后，按下述各式计算电压、电流、温度和SOC单节蓄电池电压(V)V=VHEX1024×3.3×0.5---(3)]]>蓄电池电流(A)I=IHEX1024×200---(4)]]>蓄电池温度(℃)T=THEX1024×3.3×100---(5)]]>式中VHEX、IHEX、THEX分别为上位机接受到的下位机发送的电压、电流和温度数据的16进制数。
蓄电池荷电状态(％) 式中Q总为蓄电池总容量(Ah)(近似为蓄电池额定容量)；t为蓄电池充放电时间(h)；I为蓄电池充放电电流(A)，充电时I＜O，放电时I≥0。
上位机计算出各节蓄电池的电压后，对电压值进行统计，统计出最大电压值及其所对应的蓄电池编号，最小电压值及其所对应的蓄电池编号，电压过低的蓄电池编号，电压过高的蓄电池编号，蓄电池组总电压。
上位机计算出各蓄电池组的温度后，对温度值进行统计，统计出最高温度值及其所对应的蓄电池组编号，最低温度值及其所对应的蓄电池组编号，温度过高的蓄电池组编号。
通过选择需观测的单节蓄电池编号，可实时观测该节蓄电池的电压、电流和温度。
上位机计算出各蓄电池SOC和最高温度后，将其值显示在虚拟仪表界面上。
(3)指示灯状态显示用数字I/O数据采集卡采集各指示灯的开关信号，车载计算机根据所采集的各指示灯的开关信号控制虚拟仪表界面上相应指示灯的亮灭。若指示灯亮，则会有相应语音提示“xx灯开”。
(4)运行记录数据存储运行记录数据存储模块将一些重要运行数据(如车速等)和故障报警记录存储为LabVIEW测试数据文件(.lvm)和文本文件(.txt)，前一文件类型用于绘制数据曲线，后一文件类型用于查看数据记录(含时间和数据)。
权利要求
1.基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是液晶显示器由显卡通过AGP插槽与车载计算机相连，液晶显示器显示汽车运行状态监测和人机操作界面；触摸屏通过串口与车载计算机相连；指示灯开关信号通过信号线与数字I/O数据采集卡相连，数字I/O数据采集卡通过PCI插槽与车载计算机相连，数字I/O数据采集卡提供数字I/O功能，它采集各照明与信号指示灯开关、各报警信号指示灯开关、电机故障和电机挡位信号；车轮转速传感器采用磁电式转速传感器，它安装在半轴上，通过串口与车载计算机相连，用于测量车轮转动角速度；蓄电池监测系统通过串口与车载计算机相连，它用于监测蓄电池的荷电状态SOC、温度、电压和电流；摄像头通过AV端子将电信号输入电视卡，电视卡通过PCI插槽与车载计算机相连，摄像头起后视镜的作用；GPS接收器通过USB接口与车载计算机相连，GPS接收器接收全球定位系统GPS发送的汽车定位信号，然后通过地图匹配技术将汽车定位点描绘在电子地图上；无线上网卡通过USB接口与车载计算机相连，无线上网卡使车载计算机通过CDMA 1X网络与Internet相连。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是所述的液晶显示器为1-7个。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是所述的液晶显示器为1个，分为电子后视镜区、定位导航区、车速里程表区、蓄电池工作状态监测区、照明与信号指示灯区、警报信号指示灯区、程序控制区，触摸屏固定在液晶显示器屏幕上；电子后视镜区显示摄像头所拍摄的汽车后方影像，以便驾驶员观察车后交通状况；定位导航区显示电子地图，它利用GPS接收器接收的汽车定位信息在电子地图上描绘汽车运行轨迹；车速里程表区显示车速表、超速报警灯、带复位按钮的单程里程表和累计里程表；蓄电池工作状态监测区显示蓄电池荷电状态SOC和蓄电池温度；照明与信号指示灯区显示如下指示灯的状态左转向灯、右转向灯、远光灯、近光灯、侧灯、前雾灯、驻车灯、倒车灯、挡位指示灯和风窗玻璃刮水器指示灯；警报信号指示灯显示如下指示灯的状态制动系统故障灯、车门未关好指示灯、安全带未扣紧指示灯、危险报警灯和电机故障灯；程序控制区显示如下程序的运行按钮电子后视镜、车载定位导航、汽车运行记录、互联网浏览器、MP3播放器、无线电视和调频收音机。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是所述的车载计算机为小型台式计算机或嵌入式计算机。
5.一种实现权利要求1所述的基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台的软件系统，软件系统主要由操作系统、硬件驱动程序和应用软件三部分组成，其特征是应用软件包括虚拟数字式汽车仪表和车载多功能信息平台应用软件，虚拟数字式汽车仪表和车载多功能信息平台应用软件的结构可分为主控模块、事件捕获模块、事件处理模块和数据存储模块，主控模块主要控制和协调程序中其它模块的运行，事件捕获模块主要监视、识别并报告外部或内部事件的发生，然后通知主控模块，主控模块再激活事件处理模块中的相应线程从而响应外部或内部事件，事件处理模块是该应用软件功能实现的主体，它由若干松散耦合在一起的功能子模块组成，功能子模块中包括对其它应用程序的调用，它在外部或内部事件的触发下执行特定的子模块，实现一定的功能，数据存储模块主要用于存储一些重要的运行数据，如车速、里程、行驶轨迹和故障报警记录，以便于进行事后统计分析、故障分析和诊断，事件处理模块中的车速里程表、蓄电池监测系统及指示灯状态显示模块和数据存储模块中的运行记录数据存储模块详述如下1)车速里程表车速里程表采用磁电式转速传感器测量车轮转动角速度，该转速传感器安装在半轴上，半轴每转动1圈，则该转速传感器就向与其相连的下位机发出1个脉冲，车速里程表下位机测量每个脉冲上升沿之间的时间间隔中所含的定时基数0.05s的倍数n，则脉冲周期T＝0.05n s，相应的车轮转速ω=10.05n×60=1200nr/min,]]>车速ua=0.377×r×ω=0.377×r×1200nkm/h----(1)]]>其中r为车轮半径，单位为m，同时，下位机也对转速传感器发出的脉冲个数进行计数，得到车轮转动总圈数m，则行驶里程S＝2π×r×m/1000km (2)下位机通过RS485-RS232转接头与上位机的串行接口RS-232相连，作为上位机的车载计算机通过串行接口RS-232读取车速里程表下位机测出的n和m值，然后按式(1)、(2)计算车速和行驶里程，并将其值显示在虚拟仪表界面上，上位机和下位机之间遵循如下串口通讯协议a、串口设置波特率为9600bps，数据位为8位，停止位为1，无流控制，b、上位机向下位机发送指令上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms，第1个字节为16进制数32，它为车速里程表下位机地址号，串口校验位设为Mark，第2个字节为16进制数C5，它为要求下位机发送数据的命令，串口校验位设为Space，第3个字节为16进制数F7，它为第1个字节和第2个字节的异或所组成的校验码，即32 XOR C5＝F7，串口校验位设为Space，c、下位机向上位机发送数据下位机接受到上位机发送的上述3个字节后，向上位机发送数据n和m，下位机向上位机发送的数据遵循如下格式n_L-n_H-m_LL-m_LH-m_HL-m_HH-check，其中n_L、n_H为式(1)中n所对应的16进制数的第2、1个字节；m_LL、m_LH、m_HL、m_HH分别为式(2)中m所对应的16进制数的第4、3、2、1个字节；校验码check为n_L、n_H、m_LL、m_LH、m_HL、m_HH的异或；2)蓄电池监测系统蓄电池监测系统的下位机采用电压传感器、电流传感器和温度传感器分别测量蓄电池的工作电压、电流和温度，其上位机根据上述参数计算出蓄电池的SOC，将车载280节镍氢蓄电池分为40组，每组7节，每组蓄电池上安装1个测电压和温度的下位机，该下位机可测该组蓄电池组中每节蓄电池的电压和该组蓄电池组的温度，整个蓄电池堆上安装1个测蓄电池堆电流的下位机，蓄电池监测系统的41个下位机都挂接在一条网线上，该网线通过RS485-RS232转接头与上位机的串口相连，上位机和下位机通过此方式组成总线型网络，上位机通过“点名”方式向下位机发送命令，相应的下位机接受到上位机命令后，向上位机发送上位机所需的数据，上位机按如下串口通讯协议通过串行接口RS-232读取蓄电池监测系统下位机测出的电压、电流和温度值，a、串口设置波特率为9600bps，数据位为8位，停止位为1，无流控制，上位机向下位机发送指令测电压和温度时，上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms，第1个字节为地址号，即蓄电池组的地址编号16进制数01～28，串口校验位设为Mark，第2个字节为命令16进制数C3，表示要求下位机发送电压和温度数据，串口校验位设为Space，第3个字节为校验码，它为第1个字节和第2个字节的异或，串口校验位设为Space，测电流时，上位机向下位机依次发送如下3个字节，每发送1个字节后延时10ms，第1个字节为测电流的下位机地址号16进制数29，串口校验位设为Mark，第2个字节为命令16进制数C4，表示要求下位机发送电流数据，串口校验位设为Space，第3个字节为校验码16进制数ED，它为第1个字节和第2个字节的异或，即29 XOR C4＝ED，串口校验位设为Space，b、下位机向上位机发送数据下位机A/D转换为10位，基准电压为3.3V，下位机接受到上位机发送的上述3个字节后，向上位机发送上位机所需的数据，测电压和温度的下位机向上位机发送的数据遵循如下格式该组第1节蓄电池的电压高位和低位，……，该组第7节蓄电池的电压高位和低位，该组蓄电池的温度高位和低位，测电流的下位机向上位机发送的数据遵循如下格式该组蓄电池的电流高位和低位，上位机接受到下位机发送的数据后，按下述各式计算电压、电流、温度和SOC单节蓄电池电压V=VHEX1024×3.3×0.5V----(3)]]>蓄电池电流I=IHEX1024×200A----(4)]]>蓄电池温度 式中VHEX、IHEX、THEX分别为上位机接受到的下位机发送的电压、电流和温度数据的16进制数，蓄电池荷电状态 式中Q总为蓄电池总容量，近似为蓄电池额定容量，单位为Ah；t为蓄电池充放电时间，单位为h；I为蓄电池充放电电流，单位为A，充电时I＜0，放电时I≥0，上位机计算出各节蓄电池的电压后，对电压值进行统计，统计出最大电压值及其所对应的蓄电池编号，最小电压值及其所对应的蓄电池编号，电压过低的蓄电池编号，电压过高的蓄电池编号，蓄电池组总电压，上位机计算出各蓄电池组的温度后，对温度值进行统计，统计出最高温度值及其所对应的蓄电池组编号，最低温度值及其所对应的蓄电池组编号，温度过高的蓄电池组编号，通过选择需观测的单节蓄电池编号，可实时观测该节蓄电池的电压、电流和温度，上位机计算出各蓄电池SOC和最高温度后，将其值显示在虚拟仪表界面上，3)指示灯状态显示用数字I/O数据采集卡采集各指示灯的开关信号，车载计算机根据所采集的各指示灯的开关信号控制虚拟仪表界面上相应指示灯的亮灭，若指示灯亮，则会有相应语音提示“xx灯开”，4)运行记录数据存储运行记录数据存储模块将一些重要运行数据和故障报警记录存储为LabVIEW测试数据文件和文本文件，前一文件类型用于绘制数据曲线，后一文件类型用于查看数据记录。
全文摘要
本发明涉及到一种基于虚拟和数字技术的汽车仪表。基于虚拟和数字技术的组合汽车仪表和车载多功能信息平台，其特征是液晶显示器由显卡通过AGP插槽与车载计算机相连；触摸屏通过串口与车载计算机相连；指示灯开关信号通过信号线与数字I/O数据采集卡相连，数字I/O数据采集卡通过PCI插槽与车载计算机相连；车轮转速传感器通过串口与车载计算机相连；蓄电池监测系统通过串口与车载计算机相连；摄像头通过AV端子将电信号输入电视卡，电视卡通过PCI插槽与车载计算机相连；GPS接收器通过USB接口与车载计算机相连；无线上网卡通过USB接口与车载计算机相连。本发明集汽车仪表和多种信息功能为一体。
文档编号G09F19/00GK1618647SQ20041006120
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者黄妙华, 喻厚宇, 李波, 田哲文, 李喜超, 武秀文, 夏秋华, 陈胜金, 饶剑 申请人:武汉理工大学