CN201320967Y - 多功能集成信息显示组合仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称为多功能集成信息显示组合仪表。属于汽车仪表显示装置技术领域。主要是解决现有技术信号处理速度慢、显示方式单一的问题。它的主要特征是：包括仪表壳体、仪表盘、电源处理与监控模块、数据采集模块、报警信号采集模块、主控制模块、语音输出模块的控制电路，设置在仪表盘上的按键、TFT液晶屏、报警图案等；车速表、发动机转速表、2个制动气压表装有驱动指针的微型步进电机；采用多种尺寸的TFT液晶显示屏；控制电路中还包括步进电机驱动模块、图形图像数据处理及液晶控制模块、超声波测距模块和视频监控模块等。本实用新型具有显示信息量大、显示图形图像快速、系统可靠性高的特点，主要用于汽车仪表显示装置。

Description

多功能集成信息显示组合仪表

技术领域

本实用新型属于汽车仪表显示装置技术领域，具体涉及一种多功能集成信息显示组合仪表。

背景技术

汽车仪表用于测量、显示车辆当前的工作状态，驾驶员可以通过汽车仪表了解车辆各种运行参数信息，这对车辆的安全行使有着重要的作用。目前汽车仪表通常分为机械式和电子式两种。

机械式仪表由于精度差、易磨损、故障率高等缺陷，在汽车仪表上基本上已经被淘汰。电子式仪表按其显示方式的不同分为指针式和数码式仪表。指针式仪表按所用机芯的不同又可以分为十字线圈仪表和步进电机仪表，由于十字线圈的一致性差，尤其是线性度差，使得其指示的数值与测量值有较大的误差，因此，这种十字线圈的机械式仪表将逐步被淘汰。指针式步进电机仪表具有指示精度高，显示直观、醒目，符合人的视觉习惯等优点，因此当前的汽车仪表基本上都采用指针式步进电机仪表。然而由于现代的汽车，尤其是大型商用车，需要测量和显示的参数很多，如果这些参数都使用指针式仪表来显示，则仪表面板需要做得很大(为了保证指示精度，指针的长度不能做得很小)，有时甚至无法实现。因此指针式步进电机仪表通常用来指示一些变化较快且与行使安全密切相关的信息。同时，现有的步进电机式仪表由于采用的硬件线路、软件等方面技术的限制，信号处理速度较慢，信息处理量较小，对于要求信息量大、显示内容多、信号处理速度快的应用显得力不从心。数码显示式仪表具有显示精度高、响应速度快、占用显示面积小、量程大等优点，但是数码显示不够形象直观，读数需要一定的时间。在车辆高速行使时，驾驶员只能用眼睛余光来观察仪表，数码显示仪表就更不易读出，所以数码显示的仪表通常用于指示一些不需要经常观察的慢变化信息。

目前大多数车辆的倒车雷达、视频监控、语音报警装备都是与汽车仪表分开设计、安装的，这给使用、安装带来了不便。

由于现代大型商用车车需要显示的信息多，因此存在仪表面板大，观察不便等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种结合指针式和数码式仪表的优点，用步进电机式指针仪表指示与安全行驶密切相关且数据变化快的信息，在TFT彩色LCD屏上以数码或图形的方式显示整车电压、累计里程、小计里程、车外温度、车内温度、日期、时间、变速箱档位、燃油消耗、轮胎压力、车辆行驶过程中故障信息、障碍的方位与距离等信息的多功能集成信息显示组合仪表。

本实用新型的技术解决方案是：一种多功能集成信息显示组合仪表，包括仪表壳体、仪表盘及装于仪表壳体内的车速表、发动机转速表、制动气压表及包括电源处理与监控模块、数据采集模块、报警信号采集模块、含微控制器主控制模块、TFT液晶屏显示驱动模块、语音输出模块的控制电路，设置在仪表盘上的按键、TFT液晶屏、报警图案，其特征在于：所述的车速表、发动机转速表、2个制动气压表装有驱动指针的微型步进电机；采用的TFT液晶显示屏，TFT液晶屏上设有显示机油压力、冷却水温、油量的中文或英文名称、光柱条和数字，显示整车电压、累计里程、小计里程、车外温度、车内温度、日期、时间、变速箱档位、燃油消耗、轮胎压力、车辆行驶过程中故障信息等的数字和字符；控制电路中还包括步进电机驱动模块，图形图像数据处理及液晶控制模块，参数设置接口与监控模块、超声波测距模块和视频监控模块；报警信号采集模块中报警信号与仪表盘上的报警图案对应的指示灯连接，又与TFT液晶屏显示驱动模块连接；超声波测距模块和视频监控模块的信号与TFT液晶屏显示驱动模块连接；仪表盘上装有8个操作按键；仪表壳体上嵌装有一个实现人机交互功能的键盘输入模块。

本实用新型的技术解决方案中所述的控制电路中数据采集模块、键盘输入模块、语音输出模块、步进电机驱动模块通过IO口与主控制模块相连接；超声波测距模块和参数设置接口与监控模块通过串行口与主控制模块相连接；主控制模块与图形图像数据处理及液晶控制模块通过串行口相连接；视频监控模块通过视频信号线与图形图像处理及液晶控制模块相连接；报警信号采集模块一部分通过地址、数据总线与图形图像数据处理及液晶控制模块，另一部分直接与LED报警指示灯相连接；视频监控模块通过地址、数据总线与图形图像数据处理及液晶控制模块相连接。

本实用新型的技术解决方案中所述的数据采集模块由车速信号整形与输出电路、转速信号整形电路和模拟信号滤波电路组成。

本实用新型的技术解决方案中所述的键盘输入模块的按键的1～8脚与主控制模块的IO口相连，按键的第9脚与地相连。

本实用新型的技术解决方案中所述的超声波测距模块通过插接件与主控制模块相连。

本实用新型的技术解决方案中所述的步进电机驱动模块与车速、转速、前桥和后桥气压表的步进电机相连。

本实用新型的技术解决方案中所述的报警信号采集模块包括电平转换模块和数据锁存模块。

本实用新型的技术解决方案中所述的视频监控模块的控制输入端与图形图像数据处理及液晶控制模块的IO口相连接，视频监控模块的输出端与TFT液晶屏显示驱动模块相连接。

本实用新型结合了指针式和数码式仪表的优点，用步进电机式指针仪表指示与安全行驶密切相关的信息，其他一些信息在TFT彩色LCD屏上以数码或图形的方式显示出来。同时TFT彩色LCD屏还根据车辆的运行状态或驾驶员的按键输入切换到不同内容，可以分别用于显示障碍的方位与距离或监视车尾或车内的视频信息。对于各种报警信号，该仪表采用了多种输出提示方式，可以在LCD屏上显示，也可以有LED灯指示，或利用语音进行提示。

本实用新型采用模块化设计，其中的倒车雷达测距模块，视频监控模块即可单独使用，又可以通过简单的接口组合在一起使用。

此外，本实用新型中所有仪表的参数，报警门限，仪表位置，指针的旋转方向都可以利用接口模块在PC机上进行设置，这个仪表的配置、修改带来了极大的方便。

本实用新型所述的多功能集成信息显示组合仪表，采用多种尺寸的TFT液晶显示屏以及先进的软、硬件结合的图形图像数据处理及液晶显示控制方式，实现了大信息量、快速的图形图像显示；结合了指针式和数码式仪表的优点，并将倒车雷达、视频监控语音报警集成于汽车仪表中，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的模块结构示意图；

图2是本实用新型的正面示意图；

图3是本实用新型倒车障碍显示图；

图4是本实用新型主控制模块电路图；

图5是本实用新型液晶控制模块部分电路图；

图6是本实用新型超声波测距模块电路图；

图7是本实用新型语音输出模块电路图；

图8是本实用新型数据采集模块电路图；

图9是本实用新型报警信号采集模块电路图；

图10是本实用新型键盘输入模块电路图。

具体实施方式

本实用新型包括一套壳体和壳体内的控制电路。壳体上嵌装有一个实现人机交互功能的键盘输入模块、一个TFT液晶显示屏，4个由微型步进电机驱动的指针，1个印有仪表刻度和部分报警图案的刻度盘。控制电路包括电源处理与监控模块，数据采集模块，报警信号采集模块，主控制模块，步进电机驱动模块，图形图像数据处理及液晶控制模块，TFT液晶屏显示驱动模块，语音输出模块，参数设置接口与监控模块，超声波测距模块和视频监控模块。本实用新型的模块结构示意图见图1。其特征是：车速表、转速表、两路制动气压表设有微型步进电机带动指针转动，微型步进电机的控制端分别与线路板上步进电机驱动模块(含微控制器)的输出控制端连接；机油压力、冷却水温、油量在TFT液晶屏以光柱条和数字两种方式显示，整车电压、累计里程、小计里程、车外温度、车内温度、日期、时间、变速箱档位、燃油消耗、轮胎压力、车辆行驶过程中故障信息等的数字和字符在TFT液晶屏上以数字方式显示，并且这些显示符可以受软件的控制而更改。常规状态下上述参量的单位以中文显示，也可以通过按键调节以英文显示。报警信号一部分通过仪表盘上印刷的报警图案指示，大部分通过报警信号采集模块采集、处理后在TFT液晶屏上特定区域以自动滚动刷新屏幕的方式显示。TFT液晶屏还可以显示视频监控模块摄取的车内监视画面，以及来自超声波测距模块的倒车障碍位置及距离画面。仪表盘上装有8个按键，通过对按键的操作可以实现小计里程清零、日期和时间的调节、语言切换、显示画面切换。参数设置接口与监控模块用来设置仪表的各种参数，监控仪表的工作状态以及对仪表进行校准等。

主控制模块的作用是初始化整个仪表，然后不断读取各模块的数据并进行处理和控制。主控制模块读取数据采集模块的数值，对车速、转速、2路制动气压数据进行处理后控制步进电机驱动模块驱动相应的步进电机来指示；对机油、冷却水温、油量等数据进行处理后发送到TFT液晶显示控制有关模块，实现在TFT液晶屏上同时以光柱和数字方式显示；对整车电压、累计里程、小计里程、车外温度、车内温度、日期、时间、变速箱档位、燃油消耗、轮胎压力、车辆行驶过程中故障信息等数据进行处理后发送到TFT液晶显示控制有关模块实现数字方式显示。本实用新型的正面示意图及主要显示内容入图2所示。主控制模块还带有CAN接口，可以通过调整软件来适应不同用户车辆CAN总线的数据定义，接收整车通过CAN总线传递的数据信息。主控制模块连续地监控键盘输入模块的变化，这些变化包括电平的改变及当前电平所持续的时间，以便做出相应的响应。当仪表与PC机连接时，主控制模块还连续地监控参数设置接口与监控模块通过RS232串行接口发来的各种数据，以便对PC机发来的命令及请求作出响应，完成对仪表各种参数的设置。主控制模块还随时监控图形图像数据处理及液晶控制模块的数据请求，当检测到有数据请求时，将相应的数据转换成合适的数据格式发送给图形图像数据处理及液晶控制模块。主控制模块还监控车辆的各种信息的变化，当车辆的某些运行状态(如车速过高、气压过低等)超过安全设定值时，主控制模块启动语音输出模块进行报警语音输出。当主控制模块检测到倒车信号时，将发命令信息给超声波测距模块进行障碍物距离测量，同时发送相应信息给图形图像数据处理及液晶控制模块显示倒车画面及障碍物距离。本实用新型倒车障碍显示图见图3。本实用新型主控制模块电路图见图4。

图形图像数据处理及液晶控制模块采用DSP器件，编程灵活、可编程性好、集成度高、速度快，可满足系统显示数据量大、速度快的要求。该模块用于液晶屏的初始化，以及正常显示的数据处理和控制。其内部存储器存储有有各种报警图标，汉字字模，根据主控制模块发来的相应信息，在液晶屏上以数码或柱状图的形式显示出来，包括当前的水箱温度、油量、机油压力、电平电压、日期和时间、当前档位、累计里程、小计算里程、车内温度、车外温度等。图形图像数据处理及液晶控制模块还读取各种状态和报警信息，以队列的形式存储在内部随机存储器中，并在液晶屏的报警图标显示区域以图标的形式分页显示出来。图形图像数据处理及液晶控制模块还接收来自主控制模块发来的按键信息，根据这些信息控制液晶屏的显示内容：倒车时显示倒车画面和障碍物距离，在收到屏幕切换命令时，显示内容在1～3号摄像头、仪表显示、倒车画面显示之间进行行切换。当收到时间日期调整命令时，需要调整的时间日期要闪烁并随输入按键做相应的改变。本实用新型液晶控制模块部分电路如图5所示。

超声波测距模块与主控制模块相连，其中线束包含地、电源、倒车指示及RS232串行口。超声波测距模块根据倒车指示，并通过RS232串行口与主控制模块进行通信。本实用新型超声波测距模块部分电路如图6所示。

语音输出模块与主控制模块的IO口相连接，语音输出模块中存储着所有需要播放的语音信息，语音输出模块的动作受主控制模块IO口的控制。本实用新型语音输出模块电路图见图7。

主控制模块如果检测到车辆处于倒车状态，将倒车信息发送给超声波测距模块和图形图像数据处理及液晶控制模块，图形图像数据处理及液晶控制模块接收到倒车信息后将液晶屏切换到倒车障碍物画面，超声波测距模块接收到倒车信息后启动测距工作，超声波测距模块轮流启动若干个探头进行超声波的发送和接收，根据不同探头接收到回波的时间间隔计算出各个方位障碍物的距离，然后通过RS232串行接口与主控制模块进行通信。主控制模块对接收到障碍物距离后进行数字滤波后通过串行接口发送给图形图像数据处理及液晶控制模块，同时启动语音输出模块将障碍物的距离用语音的形式播放出来，图形图像数据处理及液晶控制模块将接收到的障碍物距离在液晶屏上显示出来。当主控制模块检测到车辆处于非倒车档时，主控制模块向超声波测距模块和图形图像数据处理及液晶控制模块发送相应车辆状态信息，超声波测距模块停止测距工作，图形图像数据处理及液晶控制模块将液晶屏切换到主显示画面。

数据采集模块包括车速信号整形与输出电路，转速信号整形电路和模拟信号滤波电路组成，本模块主要电路如图8所示。其连接关系为：

——车速信号整形与输出电路中，二极管D27的负极接车速传感器的输出，二极管D27的正极接分压电阻R5和R42，分压后的信号接整形输出三极管T3和车速输出三极管T4的基极，整形输出三极管T3的集电极接主控制模块的测量中断输入；

——转速信号整形电路中，转速传感器的输出接分压电阻R9和R10，分压后的信号接转速整形输出三极管T1的基极，T1的集电极接主控制模块的测量中断输入；

——模拟信号滤波电路有一组电阻和电容组成低通滤波器，滤波器的输出接主控制模块的A/D转换器的输入端。

数据采集模块中的车速或转速信号采集电路，将车速或转速传感器输出的信号进行波形整理后由输出三极管T3或T1的集电极送至主控制模块的时间捕获端，通过计算两个脉冲之间的时间间隔换算出当前车辆的行使速度或转速，再由当前的车速或转速计算出指针的偏转角度及步进电机需要步进的微步数，最后将指针驱动到相应的位置。为了使指针运行平滑、准确、响应速度快，对步进电机的驱动运用了数字滤波，变速率采样，最大速度限制，加速度限制，可变力矩，可变步长等多种控制手段。

报警信号采集模块包括电平转换模块和数据锁存模块其连接关系为：

——电平转换模块有上分压排阻、下分压排阻和一组钳位二极管组成，上分压排阻与下分压排组相连接并与钳位二极管的正极相连，钳位二极管的正极为电平转换模块的输出，上分压排阻的另一端与5V电压相连接，下分压排阻的另异端与地相连接，钳位二极管的负极与外部的报警信号相连接。将0～24伏的报警或开关信号转换成0～5伏的TTL电平信号，该信号由锁存器锁存。

——数据锁模块由数据锁存器组成，其输入接电平转换模块的输出，其输出与图形图像数据处理及液晶控制模块的数据总线相连接。数据锁存器的输出允许端与液晶控制模块的IO口相连。锁存后的状态由图形图像数据处理及液晶控制模块读取后显示在液晶屏上以彩色图形的方式进行显示。本实用新型报警信号采集模块部分电路如图9所示。

键盘输入模块用于仪表的日期时间设置、中英文语言切换、小计里程清零及显示屏的切换。键盘输入模块的连接关系为：按键J8的1～8脚与主控制模块的IO口相连，同时通过上拉排阻RR32和RR33与5V电源相连，按键J8的第9脚与地相连。键盘输入模块由按键J8和上拉排阻组成。当按下键盘的某个按键时，其输出由高电平(5V)变为低电平，这种电平的状态变换提供给主控制模块来读取，以做出相应的响应。本实用新型键盘输入模块电路如图10所示。

电源处理与监控模块将来自车辆蓄电池和发电机的电源电压进行滤波、整形和调节，变为各模块及CPU工作所需要的3.3V、5V、9V等直流电压，保证各模块正常工作；同时监控车辆电源电压的变化情况，当车辆电源电压低于设定值时通知CPU保存数据，使指针回到零位。

TFT液晶屏显示驱动模块接收来自图形图像数据处理及液晶控制模块的数据，处理后驱动TFT液晶屏显示各种画面。

Claims (8)

1、一种多功能集成信息显示组合仪表，包括仪表壳体、仪表盘及装于仪表壳体内的车速表、发动机转速表、制动气压表及包括电源处理与监控模块、数据采集模块、报警信号采集模块、含微控制器主控制模块、TFT液晶屏显示驱动模块、语音输出模块的控制电路，设置在仪表盘上的按键、TFT液晶屏、报警图案，其特征在于：所述的车速表、发动机转速表、2个制动气压表装有驱动指针的微型步进电机；采用TFT液晶显示屏，显示机油压力、冷却水温、油量的中文或英文名称、光柱条和数字，显示整车电压、累计里程、小计里程、车外温度、车内温度、日期、时间、变速箱档位、燃油消耗、轮胎压力、车辆行驶过程中故障信息的数字和字符；控制电路中还包括步进电机驱动模块，图形图像数据处理及液晶控制模块，参数设置接口与监控模块、超声波测距模块和视频监控模块；报警信号采集模块中报警信号与仪表盘上的报警图案对应的指示灯连接，又与TFT液晶屏显示驱动模块连接；超声波测距模块和视频监控模块的信号与TFT液晶屏显示驱动模块连接；仪表盘上装有8个操作按键；仪表壳体上嵌装有一个实现人机交互功能的键盘输入模块。

2、按照权利要求1所述的一种多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述的控制电路中数据采集模块、键盘输入模块、语音输出模块、步进电机驱动模块通过IO口与主控制模块相连接；超声波测距模块和参数设置接口与监控模块通过串行口与主控制模块相连接；主控制模块与图形图像数据处理及液晶控制模块通过串行口相连接；视频监控模块通过视频信号线与图形图像处理及液晶控制模块相连接；报警信号采集模块一部分通过地址、数据总线与图形图像数据处理及液晶控制模块，另一部分直接与LED报警指示灯相连接；视频监控模块通过地址、数据总线与图形图像数据处理及液晶控制模块相连接。

3、按照权利要求1和2所述的一种多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述的数据采集模块由车速信号整形与输出电路、转速信号整形电路和模拟信号滤波电路组成。

4、按照权利要求1和2所述的一种多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述键盘输入模块的按键(J8)的1～8脚与主控制模块的IO口相连，按键(J8)的第9脚与地相连。

5、按照权利要求1和2所述的多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述超声波测距模块通过插接件与主控制模块相连。

6、按照权利要求1和2所述的多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述步进电机驱动模块与车速、转速、前桥和后桥气压表的步进电机相连。

7、按照权利要求1和2所述的多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述报警信号采集模块包括电平转换模块和数据锁存模块。

8、按照权利要求1和2所述的多功能集成信息显示组合仪表，其特征在于：所述视频监控模块的控制输入端与图形图像数据处理及液晶控制模块的IO口相连接，视频监控模块的输出端与TFT液晶屏显示驱动模块相连接。

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