CN107247528A - 一种多功能车辆中控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多功能车辆中控系统，包括控制单元、显示屏幕和信号收发装置，控制单元包括电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器，显示屏幕包括与电容式触摸屏控制器连接的投射电容式触摸显示屏及与微控制器连接的电容式触摸感应开关；信号收发装置将车辆相关附件系统传感器采集的信号传送到控制单元；电容式触摸屏控制器能将投射电容式触摸显示屏输出的横向、纵向位置原始模拟信号转变为由多个X、Y坐标点组成的数据流传送给DSP控制和处理模块以及中央处理器，以计算出肢体在投射电容式触摸显示屏上的精确位置并将其解码为相应的手势指示。本发明触控灵敏度高，支持多点触控，在很大程度上增加了车辆的舒适性和内饰的美观性。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车辅助设备，特别是涉及一种多功能车辆中控系统。
背景技术
在传统的车辆上，为了使驾驶员和乘客能随时了解车辆的状态并控制车辆的多种功能，往往配备了多种复杂的控制系统。例如：导航系统、娱乐系统、空调系统以及车内环境调节系统等。作为驾驶员或乘客与车辆之间交互最重要的方式之一，车辆中控界面对于驾驶员或乘客的操作性和舒适性至关重要。一方面，一种过度复杂或者设计不良的车辆中控界面，可能导致驾驶员在驾驶过程中的分心；另一方面，车辆中控界面的美观程度对车辆的销量也有潜在的影响。
现有的车载导航及娱乐控制装置都是由中控台控制面板的中间彩色显示屏和外围的一些旋钮和按键来实现基本功能的激活和控制的。或者有些配置比较高的车型，虽然在导航和多媒体娱乐方面做到了无旋钮或无按键化的操作，但是对于空调和车厢内空气流通方式的控制还是通过一系列的旋钮或者按键来实现。以上这几种车载导航、空调及娱乐控制装置有一个相同点就是：为了实现复杂的功能，在显示屏幕的周围布置了多个操作开关。这样的控制装置使得人机交互的体验不佳，控制起来不方便，而且导致中控台旋钮或按键较多，影响汽车内饰的美观性。
现有的一些车载装置或系统都是采用电阻式的触摸屏或者单点触摸的电容式触摸屏来实现人机交互的。电阻式的触摸屏和单点触摸的电容式触摸屏存在控制手势功能单一、触摸准确率低以及反应不够灵敏等缺点。
现有的车载导航及娱乐控制装置，在多媒体娱乐方面，多局限于收音机、DVD或者歌曲的播放。同时在手机互联方面也仅限通过蓝牙连接，除蓝牙通话或通过蓝牙进行歌曲播放之外，没有其他功能，使得整个系统功能比较单一，娱乐性也不是很强。
因而现有的技术还不能满足用户的需求，还需要改进和提高，一种高度整合的产品成为迫切需要。
发明内容
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种多功能车辆中控系统，具有功能多元、使用方便、集成化程度高、控制精确度好等特点，采用投射电容式触摸屏，触控灵敏度高，支持多点触控，在很大程度上增加了车辆的舒适性和内饰的美观性。
本发明采用以下技术方案来实现：一种多功能车辆中控系统，包括控制单元、显示屏幕和信号收发装置，控制单元包括电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器，微控制器分别与电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块连接；显示屏幕包括与电容式触摸屏控制器连接的用于显示和触摸控制的投射电容式触摸显示屏，以及与微控制器相连接的电容式触摸感应开关；信号收发装置与电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器相连接，使车辆相关附件系统的传感器收集到的信号相应地传送到电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器；微控制器用于监测和控制车辆相关附件系统以及处理通过投射电容式触摸屏输入的控制指令；
所述电容式触摸屏控制器包括相连接的前端采集系统和中央处理器，前端采集系统包括X/Y位置通信模块以及DSP控制和处理模块；X/Y位置通信模块与投射电容式触摸显示屏连接，包括X向位置驱动和Y向位置驱动，X向位置驱动接收多路X向位置输入，Y向位置驱动接收多路Y向位置输入；所述投射电容式触摸显示屏输出横向位置和纵向位置的原始模拟信号，由X向位置驱动和Y向位置驱动分别将横向位置和纵向位置的原始模拟信号转变为由多个X、Y坐标点组成的数据流传送给DSP控制和处理模块以及中央处理器，计算出肢体在投射电容式触摸显示屏上的精确位置并将其解码为相应的手势指示。
优选地，所述投射电容式触摸显示屏包括横向电极与纵向电极，当肢体靠近到投射电容式触摸显示屏的表面时，肢体与投射电容式触摸显示屏产生新的感应电容，肢体与横向电极或纵向电极形成新的电场，从而改变横向电极与纵向电极交叉处的电容量，通过交叉处电容量的变化分别输出投射电容式触摸显示屏横向位置和纵向位置的原始模拟信号。
优选地，所述投射电容式触摸显示屏采用交互电容技术，当肢体与投射电容式触摸显示屏接近角度不同时，所产生的耦合电容大小也不同，以识别肢体是从投射电容式触摸显示屏的左边还是右边接近，从而判断是驾驶员还是乘客在操作；若是驾驶员且对应的操作是预先被禁止的，则不执行相应的操作。
优选地，所述多功能车辆中控系统还包括用于实时采集车辆内部环境的相关参数并将其输入微控制器的传感器，以及与微控制器连接的外部执行机构；所述微控制器接收并处理传感器及电容式触摸感应开关输入的信号，输出相应的电信号控制外部执行机构调节车辆内部环境。
优选地，所述多功能车辆中控系统还包括智能终端和车载终端；所述车载终端包括所述控制单元、投射电容式触摸显示屏，以及分别与控制单元连接的音频和视频采集模块、音频和视频处理模块、音频输出模块、USB接口模块以及无线通信模块，智能终端通过无线通信模块或USB接口模块实现与车载终端的连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、可以在一个产品上实现车辆导航、空调调节控制、手机通话、多媒体娱乐、可视倒车、行车记录、手机互联等多种功能，即集成了车辆导航、空调调节控制、手机通话、多媒体娱乐、可视倒车、行车记录、手机互联等辅助驾驶系统，在实现多种复杂功能的同时减少了中控台控制面板中间彩色显示屏外围的一些旋钮和按键，增大了显示屏的尺寸。
2、采用投射电容式触摸屏作为人机交互界面，在同一个屏幕上实现了功能分区，不同区域实现不同功能、并具有不同外观，使屏幕显示更美观和方便。由于分区显示，司乘人员在车辆的行驶过程中对中控界面进行触摸操作，其出错率可降至最低。
3、投射电容式触摸显示屏采用交互电容技术，当手指与屏幕接近角度不同时，所产生的耦合电容的大小也不同，因此本发明能够识别手指是从左边接近屏幕还是从右边接近屏幕，即相当于可以识别是驾驶员在操作还是乘客在操作，这样便可以通过程序的设定，禁止驾驶员在开车过程中执行某些操作或者使用某些功能，比如改变导航的设置，从而规避一些驾驶风险，提高了驾驶的安全性。
4、由于集成了车辆导航、空调调节控制、可视倒车以及手机互联等先进并实用的功能，也使得车辆更容易驾驶，在提升性能的同时美化了车辆内饰，改善了驾驶员或乘客与车辆进行信息交互的效率与主观感受，车辆的娱乐性更强，可使车辆在市场中更具有竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例的原理框图；
图2为本发明实施例的控制单元的原理框图；
图3为本发明实施例的Atmel电容式触摸屏控制器的内部结构框图；
图4为本发明实施例的车辆导航系统结构原理框图；
图5为本发明实施例的车辆空调控制系统结构原理框图；
图6为本发明实施例的手机互联系统结构原理框图；
图7为本发明实施例的中控界面分区示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例对本发明进行详细阐述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明提供一种多功能车辆中控系统，如图1所示，包括控制单元、显示屏幕和车辆信号收发装置105。所述控制单元包括Atmel电容式触摸屏控制器102、车辆导航控制模块103以及ATmega系列微控制器104，微控制器用于监测和控制车辆的相关附件系统以及处理通过投射电容式触摸屏输入的控制指令，Atmel电容式触摸屏控制器102和车辆导航控制模块103集成于Atmel系统级封装产品中。所述显示屏幕包括与Atmel电容式触摸屏控制器连接的用于显示和触摸控制的大尺寸投射电容式触摸显示屏101，以及与ATmega系列微控制器104相连接的电容式触摸感应开关。所述车辆信号收发装置105与Atmel电容式触摸屏控制器102、车辆导航控制模块103以及ATmega系列微控制器104相连接，使车辆各个附件系统的传感器收集到的信号相应地传送到Atmel电容式触摸屏控制器102、车辆导航控制模块103以及ATmega系列微控制器104。本发明车辆中控系统的各个部分通过柔性电路板相连接，通过周边固定件固定于车辆中控仪表盘上，在所述控制单元上实现上述控制功能。其中，车辆的相关附件系统包括行车记录系统106、车辆导航系统107、空调控制系统108、多媒体娱乐系统109、车辆状态监测系统110及手机互联系统111，车辆的相关附件系统与控制单元连接。
所述柔性电路板是指以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的柔性印制电路板，其作为本发明各部分互连的重要部件，由于有着薄、轻、灵活、弯曲、卷曲、折叠等突出特点，使本发明的电路集成化程度更高，可以使本发明更加小型化，质量更轻，电路更可靠。
如图2所示，本发明控制单元与车辆LIN收发器204、传感器205、驱动器202及外部执行机构206连接，采集数据，对相关数据进行处理后，通过显示器201输出显示，并向外部执行机构206输出控制指令。
参见图3，Atmel电容式触摸屏控制器102包括前端采集系统和微控制器，其中微控制器包括中央处理器304、存储器305、电源管理模块306及I/O端口307，前端采集系统包括X/Y位置通信模块以及DSP控制和处理模块303；X/Y位置通信模块与投射电容式触摸显示屏101连接，包括X向位置驱动301和Y向位置驱动302，X向位置驱动301接收多路X向位置输入，Y向位置驱动302接收多路Y向位置输入。Atmel电容式触摸屏控制器102使得本发明触摸界面能够以出色的精度和灵敏度识别、鉴定并跟踪用户接触，用户将可以体验到足够智能的车辆中控界面，其工作原理如下：
投射电容式触摸显示屏101相当于是布置有许多特定容量电容式传感器的装置，是以人体电容感应为基础的一种触摸感应器件。投射电容式触摸显示屏101的具体结构为其表面玻璃层下有两层透明导电塑料层(ITO层)，分别形成横向与纵向的ITO电极，电场电力线穿过玻璃表面保持电场平衡并在ITO电极的交叉处形成特定容量电容。当肢体(如手指)靠近到投射电容式触摸显示屏101的表面时，肢体(如手指)与投射电容式触摸显示屏101产生新的感应电容，同时肢体(如手指)也会导致对应位置的电容式传感器容量的微小变化，即肢体(如手指)与横向或纵向电极形成新的电场，从而改变交叉处的电容量。通过交叉处的电容量的变化可以分别输出横向和纵向位置的原始模拟信号，进一步，由X向位置驱动301和Y向位置驱动302分别将投射电容式触摸显示屏横向位置和纵向位置的原始模拟信号转变为由多个X、Y坐标点组成的数据流传送给DSP控制和处理模块303以及中央处理器304，因此可以计算出手指在触摸屏上的精确位置并将其解码为相应的手势指示，从而获得外部手指触摸的信息，实现手指触摸的高精度和灵敏度定位以及鉴定并跟踪用户接触。
进一步，所述投射电容式触摸显示屏101与传统的电阻式和自我电容式触摸屏相比，传统电阻式和自我电容式触摸屏在工作时每次只能判断一个触摸点，如果触摸点在两个以上，就不能做出正确的判断了，而投射电容式触摸显示屏101采用交互电容技术，可以测量X轴与Y轴电场的每个交点的变化，所以当用多根手指操作时，也总是能准确地识别各个位置，从而能够及时精确地报告触摸位置以及辨别触摸行为并实现多点触控。由于投射电容式触摸显示屏101采用交互电容技术(如采用横向电极与纵向电极结构)，当肢体(如手指)与屏幕接近角度不同时，所产生的耦合电容的大小也不同，因此可以识别肢体(如手指)是从左边接近屏幕还是从右边接近屏幕，即相当于可以识别是驾驶员在操作还是乘客在操作，这样便可以通过预先的设定，禁止驾驶员在开车过程中执行某些操作或者使用某些功能，比如改变导航的设置，从而规避一些驾驶风险，但是可以允许乘客进行相关操作或使用某些功能。
如图4所示，为本发明车辆导航系统结构原理框图，车辆导航控制模块103主要包括一个微处理器401，以及分别与微处理器401连接的一个RF卫星信号频段接收器IC402、一个基带处理器IC403和一个低噪声放大器LNA404，RF卫星信号频段接收器IC402、基带处理器IC403和低噪声放大器LNA404还依次连接。车辆导航控制模块103能实现极佳的导航精度和最高的灵敏度、非常短的首次定位时间和超低功耗，全面支持广域增强系统(WAAS)、欧洲地球同步导航重叠服务(EGNOS)和卫星校正系统(MSAS)。车辆导航控制模块103与Atmel电容式触摸屏控制器201集成于系统级封装产品中，用于对数据信息进行处理并输出显示，并利用GPS(全球定位系统)卫星定位技术和GSM(全球移动通信系统)/GPRS(通用分组无线服务技术)无线通信技术实现卫星定位导航的终端服务。所述终端主要包括GPS定位导航模块408和GSM/GPRS无线通信模块409两部分，GPS定位导航模块408实现卫星定位导航的基本功能，GSM/GPRS无线通信模块409在车辆导航控制模块103的控制下实现数据通信的功能，即驾驶员或乘客控制指令和卫星定位结果的双向传输功能。本发明通过所述终端、车辆导航控制模块，并搭配相应的输出显示模块411和电源管理模块410来实现车辆的实时导航。所述GPS定位导航模块408主要由GPS定位导航芯片、串行通信接口405和GPS天线406三个部分组成，通过GPS天线406接收到的卫星信号经过低噪声放大和声表面波滤波等处理后进行传输；GPS定位导航芯片主要由相连接的基带处理器IC403和RF卫星信号频段接收器IC402组成，基带处理器IC403的主要功能是接收处理中频信号并解算当前位置的坐标信息，RF卫星信号频段接收器IC402的主要功能是将射频信号转换为数字中频信号。所述GSM/GPRS无线通信模块409的结构主要为微处理器401、串行通信接口405和GSM/GPRS天线407，其主要功能是：收发GSM/GPRS数据信息，其中，串行通信接口部分主要包括与车辆导航控制模块103相连的通信端口和GPS定位导航模块402的控制接口，用于连接和控制GPS定位导航模块408，实现获取卫星定位数据的功能以及控制命令和数据的传输。所述电源管理模块410主要保证系统供电正常和其稳定性。
如图5所示，为本发明车辆空调控制系统结构原理框图，驾驶员或者乘客可以通过触控屏对空调进行调节控制从而达到调节车辆内部环境的目的。所述车辆空调控制系统主要包括ATmega系列微控制器104，以及和ATmega系列微控制器104相连接的电容式触摸感应开关504、传感器503、电源管理模块501、故障存储诊断装置502以及外部执行机构505，电容式触摸感应开关504为多个不同功能的电容触摸按键，是本发明投射电容式触摸显示屏的一个组成部分，每个电容触摸按键以图标的形式设置在显示屏上，位于图7中的空调调节触摸区域703。所述车辆空调控制系统在现有的汽车空调控制系统的基础上增加了自动控制车辆内部环境的功能，可以根据预设定的环境参数和传感器所检测到的实际环境参数的不同，实现对车辆内部环境的自动调节和控制。所述ATmega系列微控制器104主要功能是对通过电容式触摸感应开关504输入的指令进行响应并输出控制指令使空调系统执行相应的动作，具体控制过程为：当手指接触屏幕上相应指令图标(即电容式触摸感应开关504相应的电容触摸按键)时，会引起相应位置电容量的变化，通过微控制器扫描屏幕上所有的电容式传感器的容量可以识别出电容式传感器容量的微小变化，从而可以得到相关的输入指令，指令以相应的电信号传输给ATmega系列微控制器104，微控制器得到指令后，再输出相应的电信号控制外部执行机构505完成相应的动作；当车辆空调控制系统处于自动控制状态时，ATmega系列微控制器104可以对传感器采集到的数据进行处理并对外部执行机构505发出具体的控制指令，完成相应的控制，使车辆内部环境达到预设的状态。所述传感器503主要功能是实时采集车辆内部环境的相关参数并将其输入微控制器；所述外部执行机构505主要包括压缩机电机控制器、出风口开关调节控制器以及风量调节控制器等；所述故障存储诊断装置502其主要功能是对车辆空调控制系统在运行过程中出现的故障进行诊断并自动存储。
如图6所示，为本发明手机互联系统结构原理框图，用于实现智能手机终端和车辆中控界面的互联。所述手机互联系统主要包括智能手机终端601和车载终端。所述车载终端进一步又包括由Atmel电容式触摸屏控制器102和ATmega系列微控制器104组成的控制单元、音频和视频采集模块603、音频和视频处理模块604、用于视频和界面同步的投射电容式触摸显示屏101、音频输出模块608、电源管理模块602、USB接口模块607以及由蓝牙模块605和WiFi模块606组成的无线通信模块。所述智能手机终端601通过无线通信模块或USB接口模块607实现与车载终端的连接，所述音频和视频采集模块603主要用于采集所述智能手机终端601输出的多媒体信号和手机界面相关信息，所述音频和视频处理模块604主要用于将从智能手机终端输入的信号转换处理后输入控制单元，再经音频输出模块608输出或者由投射电容式触摸屏101显示出来。所述手机互联系统在现有的手机互联装置的基础上增加了智能手机终端与车辆中控界面的交互控制，利用无线通讯技术或USB接口技术实现手机导航和多媒体内容同步显示到车辆中控界面上，有效的提高了驾驶员或乘客的体验与感受。
如图7所示，本发明实施例所显示的中控界面，其中投射电容式触摸屏在同一个屏幕上实现功能分区，不同区域实现不同功能、具有不同外观，使屏幕显示更美观和方便；将触控按键分区显示，也极大地减少了司乘人员误操作的可能性，提高了驾驶的安全性和便利性。所述投射电容式触摸显示屏分为三个区域：屏幕显示区域701、多媒体功能触摸区域702和空调调节触摸区域703。屏幕显示区域701可以显示主菜单触摸图标、当前正在播放歌曲信息、蓝牙触摸控制图标、多媒体音量信息以及本实例能实现的功能触摸控制图标；所述主菜单触摸图标在任意位置或任意时刻可以通过触摸实现返回主菜单；所述歌曲播放信息显示区域可以了解当前多媒体播放信息；所述蓝牙触摸控制图标可以控制蓝牙的连接、断开、通信与文件信息传输功能；所述多媒体音量信息可以显示当前多媒体系统音量的大小；所述各个功能触摸控制图标可以通过触摸进入相应功能的下一级目录或者菜单。多媒体功能触摸区域702有显示屏开关、音量加减、歌曲播放、主菜单、蓝牙通话以及静音等电容触摸按键，通过以上电容触摸按键可以实现对相应功能的调节。空调调节区域703可以显示空调开关、空调风速调节、空调出风口方向调节、前后挡风玻璃除雾、车厢内空气循环方式调节、制热或制冷激活以及温度调节等功能电容触摸按键。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能车辆中控系统，其特征在于，包括控制单元、显示屏幕和信号收发装置，控制单元包括电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器，微控制器分别与电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块连接；显示屏幕包括与电容式触摸屏控制器连接的用于显示和触摸控制的投射电容式触摸显示屏，以及与微控制器相连接的电容式触摸感应开关；信号收发装置与电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器相连接，使车辆相关附件系统的传感器收集到的信号相应地传送到电容式触摸屏控制器、车辆导航控制模块以及微控制器；微控制器用于监测和控制车辆相关附件系统以及处理通过投射电容式触摸屏输入的控制指令；
所述电容式触摸屏控制器包括相连接的前端采集系统和中央处理器，前端采集系统包括X/Y位置通信模块以及DSP控制和处理模块；X/Y位置通信模块与投射电容式触摸显示屏连接，包括X向位置驱动和Y向位置驱动，X向位置驱动接收多路X向位置输入，Y向位置驱动接收多路Y向位置输入；所述投射电容式触摸显示屏输出横向位置和纵向位置的原始模拟信号，由X向位置驱动和Y向位置驱动分别将横向位置和纵向位置的原始模拟信号转变为由多个X、Y坐标点组成的数据流传送给DSP控制和处理模块以及中央处理器，计算出肢体在投射电容式触摸显示屏上的精确位置并将其解码为相应的手势指示。
2.根据权利要求1所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述投射电容式触摸显示屏包括横向电极与纵向电极，当肢体靠近到投射电容式触摸显示屏的表面时，肢体与投射电容式触摸显示屏产生新的感应电容，肢体与横向电极或纵向电极形成新的电场，从而改变横向电极与纵向电极交叉处的电容量，通过交叉处电容量的变化分别输出投射电容式触摸显示屏横向位置和纵向位置的原始模拟信号。
3.根据权利要求1或2所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述投射电容式触摸显示屏采用交互电容技术，当肢体与投射电容式触摸显示屏接近角度不同时，所产生的耦合电容大小也不同，以识别肢体是从投射电容式触摸显示屏的左边还是右边接近，从而判断是驾驶员还是乘客在操作；若是驾驶员且对应的操作是预先被禁止的，则不执行相应的操作。
4.根据权利要求1所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述投射电容式触摸显示屏分为三个区域：屏幕显示区域、多媒体功能触摸区域和空调调节触摸区域。
5.根据权利要求1所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述多功能车辆中控系统还包括用于实时采集车辆内部环境的相关参数并将其输入微控制器的传感器，以及与微控制器连接的外部执行机构；所述微控制器接收并处理传感器及电容式触摸感应开关输入的信号，输出相应的电信号控制外部执行机构调节车辆内部环境。
6.根据权利要求5所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述外部执行机构包括压缩机电机控制器、出风口开关调节控制器以及风量调节控制器。
7.根据权利要求5所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述多功能车辆中控系统还包括与微控制器连接的故障存储诊断装置，用于对车辆空调控制系统在运行过程中出现的故障进行诊断并自动存储。
8.根据权利要求1所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述车辆导航控制模块包括微处理器，以及分别与微处理器连接的RF卫星信号频段接收器、基带处理器和低噪声放大器，RF卫星信号频段接收器、基带处理器和低噪声放大器依次连接。
9.根据权利要求1所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述多功能车辆中控系统还包括智能终端和车载终端；所述车载终端包括所述控制单元、投射电容式触摸显示屏，以及分别与控制单元连接的音频和视频采集模块、音频和视频处理模块、音频输出模块、USB接口模块以及无线通信模块，智能终端通过无线通信模块或USB接口模块实现与车载终端的连接。
10.根据权利要求9所述的多功能车辆中控系统，其特征在于，所述无线通信模块包括蓝牙模块和WiFi模块。
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