基于嵌入式的汽車儀表系統(tǒng)

摘要：隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的逐步提升，各行各業(yè)的發(fā)展也漸漸走向國際，走向高端。特別是汽車行業(yè)，國內(nèi)汽車品牌在不斷追求外觀美的同時(shí)，也不斷地對汽車的性能和功能做出改進(jìn)，為擺脫國外先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造出完全屬于自己的汽車品牌奮斗著。其中，對于汽車儀表系統(tǒng)的改進(jìn)和改良，我們將以CAN總線作為這款汽車儀表系統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)，然后連接顯示節(jié)點(diǎn)和測量節(jié)點(diǎn)，最后利用液晶顯示屏表現(xiàn)出來，讓人們可以直觀的看見各種數(shù)據(jù)。我們將嵌入式控制器作為顯示節(jié)點(diǎn)的核心來進(jìn)行這款汽車儀表系統(tǒng)的研究，并采用一些先進(jìn)的技術(shù)作為技術(shù)支撐來提高測量數(shù)據(jù)時(shí)的精準(zhǔn)程度以及為汽車的安全性做輔助。

關(guān)鍵詞：汽車儀表;嵌入式控制器;總線技術(shù);數(shù)據(jù)融合

引言：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車的無論是在性能、功能還是外觀上都不斷地提升著。從原來最老式的汽車到現(xiàn)在我們已經(jīng)將汽車變得更加的多功能，不僅可以連接藍(lán)牙、網(wǎng)絡(luò)還可以有觸摸屏、加熱墊，安全性能、制作材料以及耗油量都在不斷的改善著，汽車已然變得更加智能化、更加多功能化。汽車上的儀表系統(tǒng)也是如此，從原來單一功能的顯示部分汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到現(xiàn)在不僅能夠同時(shí)顯示汽車多方面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還具備一定的自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)判斷、自動(dòng)預(yù)測功能，能夠在一定程度上引導(dǎo)人們更加安全、舒適的駕駛汽車。但是，隨著人們在汽車上設(shè)計(jì)的功能越來越多，我們在汽車各個(gè)功能的連接以及使用上也應(yīng)當(dāng)做出一些改善——利用分布式的控制系統(tǒng)來為汽車構(gòu)建一個(gè)良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用嵌入式技術(shù)來為汽車研制出更加優(yōu)良、更加適應(yīng)社會可持續(xù)發(fā)展的汽車儀表系統(tǒng)。

一、汽車儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在對汽車儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要采用了總線技術(shù)。這款系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)主要分為了兩個(gè)部分，分別是車載電源以及三個(gè)高速CAN收發(fā)器。這三個(gè)高速CAN收發(fā)器連接的分別是不同的汽車功能，能夠?qū)崟r(shí)的將汽車各類數(shù)據(jù)，例如燈光位置、車門開關(guān)、蓄電池電壓狀況、冷卻水溫度狀況、安全帶是否扣上、燃油量、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、車速等等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，繼而通過汽車儀表系統(tǒng)傳遞到液晶顯示屏上供人們觀察。

這樣的系統(tǒng)設(shè)置有四個(gè)較為突出的優(yōu)點(diǎn)，它們分別是：第一，對于汽車儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們采用了CAN總線，也就是控制器區(qū)域網(wǎng)，這樣的總線能夠在一條線上接入多個(gè)CAN收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器相同的是不同分類的功能，在顯示和傳輸數(shù)據(jù)的過程中互相不會受到任何干擾，即使其他接入點(diǎn)被人工的拆除了也不會對其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。第二，對于數(shù)據(jù)的顯示屏，我們采用了液晶顯示屏，液晶顯示屏已經(jīng)應(yīng)用在了許多方面，從電視到攝像機(jī)，從汽車到手機(jī)屏幕，如此廣泛的應(yīng)用也體現(xiàn)了液晶顯示屏美觀且能夠顯示許多數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。第三，儀表系統(tǒng)從節(jié)點(diǎn)上來看可以分為兩大部分，分別為顯示節(jié)點(diǎn)和測量節(jié)點(diǎn)，前者主要包含電源、按鍵、CPU、液晶顯示屏，后者則主要包含電源、檢測、CAN總線接口、CPU等，在實(shí)際的操作中體現(xiàn)了不同的用途。第四，在這套汽車儀表系統(tǒng)中，采用的電源電路是由多級濾波、兩級穩(wěn)波等一系列電路設(shè)計(jì)而成，能夠保證電源的穩(wěn)定性，以及電路的安全性[1]。

二、汽車儀表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的融合

由于汽車具備的功能十分的繁多，儀表需要顯示的數(shù)據(jù)也十分的繁多。為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及便于系統(tǒng)能夠采集到更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)的傳輸，我們必須要對系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。數(shù)據(jù)融合的流程：首先是將各個(gè)方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始的融合來讓儀表系統(tǒng)能夠采集到根據(jù)更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并為單傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。這些進(jìn)行初始融合的數(shù)據(jù)包含有車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、燃油量以及電池電壓，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)將直接顯示出來，其他的數(shù)據(jù)并且加上不需要進(jìn)行初始融合的發(fā)動(dòng)機(jī)故障數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓數(shù)據(jù)以及電池電壓數(shù)據(jù)將系統(tǒng)性的進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，繼而進(jìn)行決策融合，并未多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，再針對這些數(shù)據(jù)的類別進(jìn)行選取以及分類，最后投到液晶顯示屏中作為安全指示展現(xiàn)在人們的眼前。

（一）初始融合

在對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合時(shí)，我們需要注意兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是融合方法的選擇和應(yīng)用上，第二個(gè)是選擇運(yùn)用什么樣的數(shù)據(jù)融合方法來對數(shù)據(jù)進(jìn)行測量能夠得到最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)來驗(yàn)證。

1.初始數(shù)據(jù)融合的方法

在對初始數(shù)據(jù)融合方法的選擇上，我們主要選取了平均值算法以及分批估計(jì)相結(jié)合的算法，即在通過數(shù)據(jù)采集以及初步的檢驗(yàn)完成后得到一定的測量序列，繼而通過一定的方法手段，例如分布圖法來幫助我們從這些測量序列中剔除掉測量失誤的數(shù)據(jù)，繼而再將剩下的序列分為兩組，分別計(jì)算出他們分方差，再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的對比值推算出融合值的公式。通過這一系列的計(jì)算能夠幫助我們排除其中與總體規(guī)律相差太遠(yuǎn)的有誤數(shù)據(jù)，提高初始數(shù)據(jù)的精確程度[2]。

2.測量方法的選擇

在對測量方法進(jìn)行選擇時(shí)，我們主要要通過對數(shù)據(jù)的計(jì)算和對比來進(jìn)行選擇。通過一系列的計(jì)算和對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)融合方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高精確程度的數(shù)據(jù)采集和融合。

（二）安全決策輔助

在對汽車進(jìn)行改良的過程中，安全性能是我們必須要考慮到內(nèi)容，而且是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，因此對安全決策的輔助也顯得十分的重要。在汽車運(yùn)行的過程中，若是汽車儀表系統(tǒng)不僅能夠?qū)ζ嚨膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，還能夠通過數(shù)據(jù)的顯示，自主判斷是否超出了規(guī)定的指標(biāo)，進(jìn)而給駕駛員一定的指示，將會為汽車的行駛帶來更加的安全性[3]。

具體操作我們將通過四步來進(jìn)行：首先是明確這項(xiàng)數(shù)據(jù)是從哪一個(gè)類別的汽車部件中采集到的，并且及時(shí)的判斷出這項(xiàng)數(shù)據(jù)中包含的特征值;繼而利用判斷出的類別以及特征值再次判斷應(yīng)該采用哪種計(jì)算方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理;然后針對處理后的數(shù)據(jù)確定其權(quán)系數(shù);最后判斷汽車實(shí)時(shí)的各項(xiàng)狀態(tài)有無不良反應(yīng)，然后反映給駕駛員。

三、結(jié)束語

綜上所述，利用嵌入式控制器為核心的汽車儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)已然跟隨著時(shí)代進(jìn)步的步伐和國際上汽車發(fā)展的腳步不斷優(yōu)化著，通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)的融合，我們能夠保證新生產(chǎn)出的汽車儀表系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的需要。采用高性能的嵌入式控制器，以先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車多功能化、智能化、全網(wǎng)絡(luò)覆蓋化，不僅提高了汽車的各項(xiàng)性能、安全指標(biāo)，同時(shí)還在一定程度上促進(jìn)了汽車行業(yè)的發(fā)展，甚至推動(dòng)國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]TKScope嵌入式仿真開發(fā)平臺講座（53）? TKScope的在線編程云系統(tǒng)提升汽車儀表盤量產(chǎn)燒寫效率[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，13（07）：82-83.

[2]趙晨.基于ARM和Linux的嵌入式汽車虛擬儀表系統(tǒng)的研究[D].華中科技大學(xué)，2011.

[3]羅文廣，楊敘，吳彤峰，毛漢穎，陳文輝.基于總線技術(shù)和數(shù)據(jù)融合的嵌入式汽車儀表系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008（08）：94-96.

作者簡介：馬洪發(fā)（1962.1-），男，滿族，正高級工程師，上海機(jī)械學(xué)院畢業(yè)，從事高壓水射流應(yīng)用技術(shù)，汽車傳感器，儀器儀表研究。