CN105005220A - 车载仪表集成车联网系统的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载仪表集成车联网的设计方法，包括采用双核模式，MCU主控仪表功能，ARM主控车联网功能，这样保证仪表的常规显示功能不会死机；双核之间以UART接口进行通信；MCU芯片连接CAN网络，连接各种指示灯、液晶屏、背光灯、指针等各种显示模块，并主控电源管理；ARM芯片接卫星定位模块、通信模块等组成车联网系统；车联网子系统无需单独的电源管理，直接受控于主芯片MCU。本发明的集成化技术使车联网模块无需单独存在，从而降低了整车成本、能耗，以及减少了车内所需的布置空间。

Description

车载仪表集成车联网系统的设计方法

技术领域

本发明涉及车联网技术，汽车总线技术，车载仪表的网络通信、显示、逻辑运算等软硬件设计技术。

背景技术

车联网在当下越来越普及，其基本功能是实现对车辆的运行数据进行提取和利用，并根据不同的功能需求对车辆运行状态进行有效监管和提供综合服务。在车端来说主要有两种形式，前装和后装，将来前装会是大趋势。

目前前装一般都是以一个单独的车载模块的形式存在，这就需要配置包括CAN网络，电源管理系统在内的大量软硬件资源，不但开发成本增加，还增加硬件成本，以及车内空间，同时功耗及静态电流也相应增加。

现有技术中公开了“智能车联网车载导航多媒体系统”（中国发明专利申请号201410737818.1），该发明利用ARM处理器实现导航与车联网的集成。这种形式相较于上述的车联网独立模块，集成度提高了，但毕竟还有很多车是不配置导航系统的，且不足之处是，由于软件不得不采用多线程操作系统，必然存在死机风险。因此有必要提供一种适用性更强，性能上更可靠的集成车联网的方法。

发明内容

本发明的目的是优化上述问题，提出一种提高集成度的设计方法，即将传统仪表和车联网模块集成一体，开发一种新型的车联网仪表。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用双核模式，MCU主控仪表功能，ARM主控车联网部分，即使ARM死机也不影响仪表的一般正常显示，因为所述的MCU是汽车级的单线程的单片机操作系统。

以所述MCU作为主芯片，MCU带多个通信接口，包括CAN控制器局域网总线接口、UART异步串行通信接口等。

输入输出模块，与所述MCU相连，包括各种报警灯，转向灯等外部模拟量信号，经所述MCU处理并输出给Telltale指示器模块，用于仪表各种常规显示。

显示输出模块与所述MCU相连，包括：指针类的步进电机控制输出模块，LCD液晶显示模块，Telltale指示模块，背光控制模块。

声音报警模块受所述MCU控制，输出报警音。

CAN网络总线模块与所述MCU相连，用以收发整车的网络报文。

采用双核工作模式，所述MCU作为主芯片，主要控制常规仪表显示及电源管理。

优选地，以ARM芯片作为副芯片，主控车联网系统，相较于MCU，ARM处理器的移动端应用已非常成熟，且更适合于多线程处理。

电源模块由所述主芯片MCU控制，网络睡眠唤醒管理系统作为MCU软件重要组成部分，能够同时有效管理车联网系统，使所述ARM处理器无需再参与电源管理。

优选地，采用UART通信接口作为双核的通信链路，制定特定的通信协议，MCU从CAN总线筛选并解析出来的报文信息，再进一步筛选后，通过所述UART通信协议，发送给所述ARM芯片，报文信息可以配置，主要是为车联网所需的发送后台的数据提供信息。

卫星定位模块，作为车联网的重要组成部分，与所述副芯片ARM相连，将位置数据按一定频率接收并传给ARM处理器。

ARM处理器将来自所述MCU的行车数据，以及来自卫星定位模块的位置数据，经时间同步，按一定的通信协议，将所述行车数据和位置数据组合成报文。

通信模块与ARM相连，将所述数据报文，按所述的通信协议，经通信模块按一定频率传送给移动网络基站，进而传到云端数据库。

优选地，所述卫星定位模块可以是GPS，或北斗或双模。

优选地，所述通信模块可以是2G、3G，或4G的其中一种，根据所需上传的数据量而定。

优选地，所述ARM处理器需要内置或外置大容量RAM存储器，这是由于移动信号的地域性信号强弱差异，使存在无法及时上传数据的可能，需要设置RAM存储器作为缓存，然后以队列形式，先进先出原则，任何未上传的数据都按时间顺序排列存储。

优选地，所述ARM芯片外置Flash，可实现空中固件更新OTA。

本发明的有益效果是：由于两个模块集成为一个模块，成本明显降低；技术上，电子化集成度提高，车内CAN网络节点减少，降低网络负载率；能耗上，由于电路减少，使运行状态下整车功耗略微降低，休眠状态下整车静态电流显著降低，预计至少3mA以上，这对普通车型来说至少省掉三分之一的静态功耗，这是由于ARM芯片不再承担网络休眠唤醒及电源管理，相当于省掉了单独车联网模块的静态功耗；对整车厂商来说，开发集成更加简易，一块仪表就能满足仪表信息及车联网信息的所有需求，整车布置也更加简单，无需考虑单独车联网模块的安装位置，因为集成于仪表的车联网系统的GPS天线及GSM天线位置都只有塑料仪表台的阻隔，接收信号不会有任何问题；开发成本上，由于软硬件模块化的设计思路，可以非常方便地实现各种配置轻量化转换的平台化设计，使针对不同车型不同应用能够灵活适配，从而降低开发成本。

附图说明

图1为本发明的实施例，车载仪表集成车联网的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清晰直观地理解本发明的发明实质，但应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1所示，本发明提供一种常规车载仪表与车联网的集成方法，本实施例中省去了常规仪表带步进马达的指针式表头，取而代之的是LCD液晶屏，这也是趋势。

它包括双核：MCU主芯片101，ARM副芯片111。

外围模块包括LCD液晶102，输入输出模块103，CAN总线收发104，声音报警105，Telltale显示106，背光控制107，FLASH缓存108，卫星定位模块109，通信模块110，电源模块112。

常规车载仪表所使用的MCU，仍旧可以作为主芯片，本实施例中MCU主芯片101选用Freescale的MC9S12XHZ256。

ARM副芯片111在本实施例中选用比较通用普遍的STM32F107VCT6，它属于车规级芯片，温度范围与MCU一致，达到-40摄氏度到85摄氏度，具有丰富的接口类型，其中UART接口用于与MCU101通信，其64K的RAM用于缓存未能及时上传的信息，基本能保证避免由于移动信号不好导致的数据丢失情况。

MCU101连接液晶显示102，主要用于显示车速、转速、里程等基本行车信息。MCU101通过连接CAN网络104，与整车CAN网络进行通信，得到相关报文，经MCU101处理后发送给显示模块102。

优选地，CAN网络采用500k波特率，可以直接接收来自动力总成模块的相关报文，在本实施例中芯片选用NXP的TJA1040T。

与常规车载仪表类似，MCU101还需要有一般的输入输出103，如转向灯状态、车门开闭状态、大灯状态、背光控制、声音请求等等。

所有这些外部模拟或数字量信息经输入输出模块103处理后，由MCU101调度处理，最终分别发送给声音报警模块105，Telltale指示器106，背光控制107，以及LCD显示102。

车联网系统主要由ARM芯片111，缓存108，卫星定位模块109以及通信模块110组成。

优选地，增加缓存Flash模块108主要用于空中固件更新软件OTA。可以理解的是，Flash模块108并非属于必要部件，也可以通过CAN总线来分别刷新主芯片MCU101及副芯片ARM111的程序，本实施例中增加缓存模块108，是更优化的方案，凡是应用Flash模块108与否，均同理包含在本发明的专利保护范围。

可以理解的是，卫星定位模块109及通信模块110，都分别包含外置或内置天线，在此附图中省略，并不代表不需要，这些天线的布置设计，需要经过大量的试验调试，得到最佳的信号方案。

可以理解的是，通信模块110，同时还包含SIM卡，在此附图中省略，并不代表不需要；还可选的一种模式是无需物理SIM卡，通信模块中已直接烧录。

更为具体的，卫星定位模块109可以根据要求，选择GPS模组，或者北斗模组，或者GPS加北斗双模模组；通信模块110也可以根据实际传输数据的大小及要求，来选择2G，3G，或4G模组，对于技术开发方案上基本没有差异。

被定义为需要上传的行车数据，经MCU101筛选处理后，经由UART发送给ARM111，ARM111根据预设的频率设置每条报文。

每条报文包含时间信息、卫星定位模块的经纬度数据，需要上传的行车数据，及校验码等，这些报文按时间顺序依次通过通信模块上传到云端。

需要考虑到通信信号在行车过程中强弱不一，当在某些区域无法上传数据的时候，ARM芯片111需要将这些未发送的报文进行队列管理，储存在内置或外置的RAM中。

应当说明的是，由于ARM111带有CAN接口，本实施例的另一种等效方案是增加CAN模块与ARM111连接，这样可以直接通过CAN与整车网络进行通信，同时也可以通过CAN进行软件刷新。

应当说明的是，本实施例中，电源管理模块112既与MCU101相连，也与ARM111相连，但其实由MCU101主控，ARM无需参与电源管理，也无需再增加供电电路。整车网络的睡眠唤醒直接由MCU101监管，当处于睡眠状态时，MCU101可以切断供给ARM及相关车联网模块的供电，以减少不必要的静态电流。本实施例中，电源管理112部分的芯片采用5V稳压电源NCV4275DSR4G。

综上所述，根据本发明提供的解决方案，利用主副双核模式可以实现常规车载仪表集成车联网系统，并可简单地实现多种等效变换，从而形成平台化设计方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于，包括：

双核模式，MCU主控仪表功能，ARM主控车联网功能；

所述MCU芯片与所述ARM芯片以UART进行通信；

所述MCU芯片连接CAN网络，并连接液晶显示，输入输出模块，声音报警，Telltale显示，背光控制等各种仪表模块，并主控电源管理；

所述ARM芯片连接卫星定位模块、通信模块等组成车联网系统；

仪表的电源管理系统，直接受控于所述主芯片MCU，车联网子系统无需再单独配备。

2.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述的MCU采用汽车级的单线程的单片机操作系统，以保证常规的仪表功能不死机。

3.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述的MCU芯片与所述ARM芯片以UART通信，其通信协议主要包括被定义为需要上传的行车数据，来自CAN总线，并经MCU筛选处理后所得。

4.根据权利要求1和3所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述的经UART通信的行车数据，来自CAN总线，经MCU对所需报文进行筛选处理后发送给ARM芯片。

5.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述的由主芯片MCU控制的电源管理系统，还包括网络睡眠唤醒管理。

6.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述ARM处理器需要内置或外置RAM存储器，作为缓存，在无法及时上传数据的时候，将信息以队列形式，先进先出原则，按时间顺序排列存储。

7.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述车联网子系统中的ARM处理器还可以外置Flash，实现空中固件更新OTA。

8.根据权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述输入输出模块，包括转向灯状态、车门开闭状态、大灯状态、背光控制、声音请求等。

9.权利要求1所述的车载仪表集成车联网系统的设计方法，其特征在于：所述的ARM处理器经通信模块上传车联网信息的数据，包含时间信息、卫星定位模块的经纬度数据，需要上传的行车数据，及校验码等，这些报文以一定的通信协议，按时间顺序依次上传到云端。