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汽車儀表是汽車與駕駛員進行信息交流的窗口，也是汽車高尖技術的主要部分，各國一直在努力開發汽車儀表技術，并不斷取得新的進展。汽車儀表正逐步向數字化和智能化方向發展，用數字化的虛擬儀表取代我國現階段普遍采用的電器式或電子式儀表已成為實現車輛自動化的一個重要課題。作者自主開發的虛擬數字式汽車儀表信息系統已成功地安裝到由武漢理工大學汽車工程學院開發的Aspire純電動概念車上進行實車測試，并在此基礎上實現了車輛的定位導航、后視攝影、網絡通訊、影音娛樂及汽車黑匣子等功能。此樣車是虛擬數字式汽車式儀表的一個應用實例，本文給出虛擬數字式汽車儀表信息系統的硬件構成、人機界面及基于LabVIEW的軟件實現。 一、虛擬數字式汽車儀表信息系統的關鍵技術 虛擬數字式汽車儀表信息系統是將各種汽車電子技術集于一體的智能系統，包括智能儀表系統、車載導航系統、故障診斷系統及車載黑匣子系統等，是各國汽車行業關注的熱點。 （1）數據采集技術 采集的汽車數據除導航用的陀螺儀和里程計等數據外，為使駕駛員了解車輛的狀況還需采集反映汽車主軸轉速、輪胎氣壓及溫度等汽車性能參數的數據。汽車數據采集模塊可選用的方式要依據實際狀況而定。 （2）GSM通訊技術 要實現車輛的智能化，必須在車輛上建立網絡通訊功能。通訊網絡的選擇是關鍵，它決定系統的容量、可靠性和信息中心監控覆蓋的范圍。通訊技術的實現可實現車輛無線通訊、移動辦公及網上沖浪等。 （3）數據轉儲模塊 汽車各個主要設備的狀態信息、位置信息、速度信息及負荷等是判斷事故發生原因的重要信息，需要將停車前的歷史數據保存，為便于數據的輸出，采用非接觸的IC卡或移動硬盤USB存儲數據。這就是汽車黑匣子要實現的功能。 （4）虛擬數字式儀表的顯示技術 虛擬數字式儀表的信息量非常大，如采用傳統儀表的顯示方法顯示，車載的儀表數目將會不斷增多，使車輛儀表板顯得很擁擠，也會加大駕駛員的操作難度，分散駕駛員的注意力。用虛擬儀器技術構建的車載虛擬數字式儀表，將這些問題迎刃而解。它將所有的信息顯示集合在一個屏幕上，并以分界面的方法顯示，這樣將使駕駛員查看信息非常便利，取消眾多的儀表，也使車內空間變得更加寬敞、舒適和美觀。 二、虛擬數字式汽車儀表信息系統的硬件組成及人機界面 （1）虛擬數字式汽車儀表信息系統的硬件構成 系統硬件的選用和組合原則為：充分考慮各硬件的兼容性和性價比；充分考慮系統的電磁兼容性，保證系統能夠在比較惡劣的電磁環境下正常工作；滿足系統的基本功能要求，并充分考慮系統的可擴展性和精簡性，預留若干可擴展接口。 信息系統由PC機、外圍硬件設備、操作系統及用戶的應用程序4部分組成。外圍硬件設備主要由液晶顯示器、觸摸屏、數字I/0數據采集卡、車輪轉速傳感器、蓄電池監測系統、CCD攝像頭、電視卡、GPS接收器及無線上網卡等組成，虛擬數字式汽車儀表硬件系統結構如圖1所示。 （2）虛擬數字式汽車儀表信息系統的人機界面 虛擬數字式汽車儀表信息系統集成了虛擬技術和數字技術，具備虛擬儀表、電子后視鏡、故障監測、運行記錄、GPS車載定位、多媒體影音、上網通訊及移動辦公等多種功能。功能界面如圖2所示。 1)．儀表與指示燈區 儀表與指示燈區顯示車速表、蓄電池電荷狀態表、蓄電池溫度表、照明與信號指示燈、警報信號指示燈及檔位指示燈。當車速超過某一限定速度時，將發出超速語音提示。 2)．運行記錄區 運行記錄區顯示帶復位按鈕的單程里程表、累計里程表、日期與時間及運行記錄按鈕。單程里程表顯示單次行駛的里程，按下清零按鈕可使單程里程表回零；累計里程表顯示汽車累計總行駛里程；按下運行記錄按鈕，則顯示汽車運行的車速、里程、故障與報警歷史記錄（汽車黑匣子功能）。 3)．程序控制區 程序控制區顯示如下程序的運行按鈕：電子后視境、車載定位導航、互聯網瀏覽器、MP3播放器、無線電視和調頻收音機構成的車載影音娛樂系統。 4)．電子后視境區 電子后視境區顯示攝像頭所拍攝的汽車后方影像，以方便駕駛員觀察車后交通狀況。 5)．定位導航 定位導航區顯示電子地圖，它利用GPS接收器接收的汽車定位信息在電子地圖上描繪汽車運行軌跡。定位導航程序可提供靜態導航功能，能根據駕駛員提供的起點和終點名稱，自定確定最短行車路線。 三、虛擬數字式汽車儀表信息系統的軟件實現 整個系統效能的發揮除需要一個穩定和高性能的硬件平臺外，軟件起著至關重要的作用。系統的各種功能及組合方式，人機界面的表現形式等等都是通過軟件來完成的。 本系統采用LabVIEW這種直觀的圖形程序語言，以一種很直觀的方法建立前面板人機界面和程序框圖，完成編程過程。前面板是用戶可以見到的，類似傳統儀器的操作面板，利用工具模板從控制模板中添加輸入控制器和輸出指示器，控制器和指示器種類可選擇。程序框圖是支持虛擬儀器實現其功能的核心，對程序框圖的設計涉及節點、數據端口和連線的設計。連線代表數據走向，節點則是函數、VI子程序、結構或代碼接口。 虛擬數字式汽車儀表信息系統的軟件設計總體流程圖如圖3所示。 虛擬數字式汽車儀表信息系統的內容十分豐富，為了使儀表的界面清晰、美觀和舒適，把車輛信息系統的內容按顯示信息的特性和駕駛員的需求頻率分成不同的界面顯示。 虛擬數字式汽車儀表分界面的顯示操作是通過觸摸屏來實現的。通過手指觸摸主界面上相應功能的軟按鈕，就可切換到所要查看的分界面。虛擬數字式汽車儀表信息系統分界面顯示如圖2所示。虛擬數字式汽車儀表具體功能的實現都是由軟件完成的，該軟件主要完成如下功能。 （1）對計算機內的各功能板進行驅動和初始化 1)．數據采集卡的驅動 NI公司生產的各種類型的數據采集卡使用非常方便，在編寫VI前，只需在LabVIEW的“Measurement＆Automation”驅動軟件下，進行相關參數的設置即可。 2)．數據采集參數初始設置 要使數據采集卡正確地實現數據采集的功能，必須根據實際測量的需要對一些參數進行設置。待設置的參數主要有采集卡的設備號及地址碼，此外還有模擬信號輸入部分的設置項、A/D轉換部分的設置項、D/A轉換部分的設置項及DIO和計數器部分的設置項。 （2）對各種傳感器信號進行轉換和處理 數據采集和處理將通過傳感器轉換的模擬電壓信號或脈沖信號及開關量信號采集到數據采集卡的相應通道，并進行數字濾波、格式轉換、當量運算及單位換算等，將數據轉換成能直接在顯示屏上顯示的數據。 數據處理部分相對來說比較簡單，而數據采集是軟件編程的關鍵，數據采集的信號有模擬量、開關數字量和脈沖數字量，數據采集的總體流程如圖4所示。 （3）定位導航的實現 1)．定位導航的驅動程序 由于導航模塊是外購的集成板卡，廠家提供有C、C++和BASIC編寫的驅動函數庫，如何在LabVIEW環境下對它進行調用，是使用外購產品需要解決的問題。 LabVIEW解決這類問題有幾種方案，如直接端口I/O方式、調用CLF節點及調用CIN節點，在此選用CIN方式。CIN是LabVIEW中調用C源代碼的通用方法，C語言是目前公認的功能較強大的程序語言，LabVIEW通過與C語言接口，可大大擴展其整體功能。 CIN是位于LabVIEW框圖程序窗口中的一個功能節點，在功能模板Advanced子模板上，可以實現在LabVIEW中引入C語言源代碼。用戶可將需調用的外部代碼編譯成LabVIEW能夠識別的格式后與此節點相連，當此節點執行時，LabVIEW將自動調用與此節點相連的外部代碼，并向CIN傳遞特定數據結構。由于LabVIEW中數據的存儲格式遵循了C語言中數據的存儲格式，并且二者完全相同，使用CIN可獲得較高程序效率。CIN節點需要調用.lsb格式的文件，利用LabVIEW自帶的編譯工具CINTools可以將Visual C++源代碼編譯成CIN節點能夠識別的.lsb格式。 其他外購模塊（攝像頭、通訊卡、電視卡等）的驅動方法都用此方式進行。 2)．定位導航的界面 在外購GPS裝置時附帶有電子地圖軟件，安裝并用LabVIEW鏈接后，在虛擬數字式汽車儀表信息系統的主界面中點擊導航軟鍵，就可調用GPS導航界面。 （4）后視攝像和網絡通訊的實現 后視攝像和網絡通訊模塊為外購模塊，外購模塊廠家都提供了C源代碼的驅動程序，我們所做的工作只需在LabVIEW環境中調用它并進行軟件鏈接。 （5）影音娛樂的實現 影音娛樂部分包括電視和MP3。其中電視是外購的TV模塊，其實現方法也與定位導航驅動調用相似，而MP3是通過調用播放軟件來實現的。 （6）汽車黑匣子功能的實現 本虛擬數字式汽車儀表是通過軟件來實現汽車行駛記錄儀—黑匣子的功能的，這也是本系統與傳統儀表系統相比所具有的優勢。 汽車黑匣子需要在發生危險事故的最后一段時間內，記錄車輛的運動狀態、關鍵安全部件的動作狀態以及駕駛員操作行為等數據信息。在事故處理階段，這些信息將用來部分或全部再現事故發生的過程，分析判斷事故產生的原因，這就需要對數據進行存儲和查詢。用LabVIEW設計的虛擬儀器軟件可實現數據存儲和數據查詢的功能。 數據存儲：將采樣數據保存至文件，可以存為文本文件或者電子表格文件，也可以存為LabVIEW特有的動態數據記錄形式的文件，動態數據記錄的文件只能在本系統中打開。 數據查詢：讀取以前保存的數據記錄文件。 四、結論 該虛擬數字式儀表經過多次的實車測試，證明此系統安全可靠，顯示數據在精度上能滿足實際行車需要。 綜上所述虛擬數字式汽車儀表的應用，使儀表的讀數更加清晰和直觀、信息量更大、智能化程度更高、功耗低及開發周期短，相對傳統的車載設備成本上有很大優勢，因此具有廣泛的應用前景。當然這一領域在我國尚處于起步階段，要成為真正實用階段還有很多工作要做，但隨著技術的成熟，必將對汽車產業產生深遠的影響。 |
