CN109398089B - 一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表，包括主板、LCD显示屏、电子油门、按钮开关、面板、数据传输接口和后盖，通过外接电源向主板提供直流电压，数据传输接口通过防水插座镶嵌在后盖上，实现主板与CAN总线之间的信息传输；主板将获取的信息通过LCD显示屏呈现出来，显示屏嵌入式镶嵌在面板上，并采用按钮开关辅助的控制方式，实现对车辆功能的操作控制；电子电位器镶嵌在面板上，通过面板上的自复位旋钮改变电子电位器输出电压，从而控制发动机的转速；面板与后盖之间镶嵌有防水防尘密封圈。消防员在驾驶室外可以通过自复位旋钮来改变电子电位器输出电压进行油门控制，当电子油门有效时，主油门失效，提高消防救援作业效率。
Description
技术领域：
本发明属于新型自动化仪器仪表技术领域，具体涉及一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表。
背景技术：
随着社会的发展，火灾事件发生越来越频繁，消防救援对于挽救人们的生命和财产安全则显的尤为重要。进行消防救援时，发动机通过变速箱控制取力器，从而控制水泵出水速度进行消防作业。变速箱的控制需要消防员进入驾驶室踩踏机械油门，机械油门的作用在于操纵节气门开度控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。如图1所示，传统发动机节气门操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端联接油门踏板(加速踏板)，另一端联接节气门连动板而工作。这种传统油门在消防抢险这种极端情况下，应用受到限制并极度缺乏灵活操控性，很不利于消防作业的高效进行。
本发明为提高消防员救火救援作业效率，实现高效救火救援作业，一方面，通过了解和分析发动机ECU油门控制理论、PTO(Power Take Off)转速控制原理，提出了车辆远程电子油门，远程电子油门就是在较远的地方(驾驶室以外)使用的油门，是除了司机的加速脚踏板外的另一种控制发动机的方法；另一方面，研发了一种智能汽车仪表，该智能汽车仪表可以通过LCD液晶屏形象显示出发动机转速、发动机冷却剂温度、机油压力、水泵转速、出水压力等信息，还可以读取CAN总线信息，并具有信息条件判断，进行自动控制发动机、水泵转速的功能，从而实现消防车的出水压力动平衡模式，以此达到高效、合理、安全使用消防车动力系统。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表，该智能汽车仪表不仅为消防员进行消防救援作业节省时间，为挽救受灾人们的生命安全和财产安全提供了更有力的保障，而且可用于水泥罐车、液罐车等特种车，使此类特种车辆作业时操作简单方便，大大提高作业效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表，包括主板、LCD显示屏、电子油门、按钮开关、面板、数据传输接口和后盖，通过外接电源向主板提供9V～36V直流电压，数据传输接口通过防水插座镶嵌在后盖上，实现主板与CAN总线之间的信息传输；主板将获取的信息通过LCD显示屏呈现出来，显示屏采用嵌入式安装方式镶嵌在面板上，并采用按钮开关辅助的控制方式，实现对车辆功能的操作控制；电子油门电子电位器镶嵌在面板上，通过面板上的自复位旋钮改变电子电位器输出电压，从而控制发动机的转速；面板与后盖之间镶嵌有防水防尘密封圈，并通过螺钉紧固。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过CAN总线实时采集发动机转速、发动机冷却剂温度、机油温度的信息，通过压力传感器采集水罐液位信息、泡沫罐液位信息、水泵出水压力信息，通过LCD显示屏操作界面将上述信息形象地显示出来，而且本发明主板采用STM32F103ZET6处理器，具有信息条件判断，可自动控制发动机、水泵转速，实现消防车的出水压力动平衡模式，以达到高效、合理、安全使用消防车动力系统。
(2)本发明智能汽车仪表设置有电子油门，消防员在驾驶室外可以直接通过本智能汽车仪表面板上的自复位旋钮来改变电子电位器输出电压进行油门大小的调节，电子油门控制发动机转速与主油门功能一样，且当远程电子油门有效时，主油门失效，这样不仅操作方便，更为消防员消防救援作业节省了时间。
附图说明：
图1为传统发动机节气门操纵机构和电子油门连接示意图。
图2为本发明智能汽车仪表整机结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图2，一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表，包括主板、LCD显示屏、电子油门、按钮开关、面板、数据传输接口和后盖，通过外接电源向主板提供9V～36V直流电压，数据传输接口通过防水插座镶嵌在后盖上，实现主板与CAN总线之间的信息传输；主板将获取的信息通过LCD显示屏呈现出来，显示屏采用嵌入式安装方式镶嵌在面板上，并采用按钮开关辅助的控制方式实现对车辆功能的操作控制；电子油门电子电位器镶嵌在面板上，通过面板上的自复位旋钮改变电子电位器输出电压，从而控制发动机的转速；面板与后盖之间镶嵌有防水防尘密封圈，并通过螺钉紧固。
1、总线控制
本发明智能汽车仪表主板采用ST公司的STM32F103ZET6处理器。STM32F103ZET6微处理器具有运算速度快、功耗小、体积小、价位低等特点，且该处理器具有很大的可扩展空间，有利于后续开发。由于STM32F103ZET6内置CAN控制器模块，模块特性完全满足CAN总线汽车仪表的应用要求，所以只需外接一个CAN收发器即可接收总线数据。TJA1050是一款通用的带隔离的CAN收发器，该器件内部集成所有必需的CAN隔离及CAN收发器。该器件可连接任何一款CAN协议控制器，实现CAN节点的收发与隔离功能。器件设计体积小，集成度高，可取代传统的CAN收发器及其外围电路，降低了电路的复杂程度。CAN总线实时采集发动机转速、发动机冷却剂温度和机油温度。
本发明通过电流输出型压力传感器采集车辆的泡沫罐液位和水罐液位的液位信息以及水泵出水压力信息，通过压力传感器来抑制外部干扰，同时采用低温漂高精度器件保证采样电路压力传感器的精度。
2、电子油门设计
本发明提供一种带有开关控制的电子电位器，电子电位器的输出电压范围为0.75V～3.15V，连接到发动机ECU处，如图1和图2所示。在驾驶室打开电子电位器开关后，通过本发明智能汽车仪表面板上的自复位旋钮改变电子电位器输出电压进行油门大小的调节，即控制发动机的转速，自复位旋钮每转动一次，发动机转速增加或减少40RPM左右。
本发明的远程电子油门具有以下特点：(1)通过远程电子油门开关可以开启或关闭远程电子油门的功能。(2)远程电子油门控制发动机转速与主油门功能一样。(3)当远程电子油门起作用时，主油门失效。(4)远程油门的改装方式可以从发动机ECU处进行改装。
3、仪表报警提示及故障
本发明智能汽车仪表还包括低液位声光报警、断泵和紧急断电功能。消防员可以在智能汽车仪表上获取消防车的工作状况，从而合理安全地操作消防车。如消防车水罐内设置的压力传感器将水罐液位信息传递给本智能汽车仪表，消防车消防作业过程中，当水罐液位信息数值低于仪表设定数值时，仪表蜂鸣器发声报警，且急停按键灯闪烁，提示水罐内液体不足。
在消防车消防作业过程中，若消防车出现故障，需要立即停止消防作业时，直接按下急停按键，此时仪表自动断电，并向CAN总线发送一个信号，CAN总线控制发动机使水泵停止工作，从而实现快速消除消防车作业过程持续故障状态。
4、多车种操作界面显示设计
对不同功能的消防车设计不同的操作界面。LCD显示屏图形界面涉及到美工、人体工学、操作系统等，统称为UI(USER-Interface)。UI的实现目前主要有三种方式：
(1)可以直接写代码完成，点、线、面的具体操作，涉及较简单的UI实现，当处理LCD图形界面时硬件开销加大，实用性较差。一般运用emWin图形库来实现
(2)emWin由德国SEGGER公司开发，可为图形LCD设计提供高级支持，极大简化了LCD设计并缩短上市时间。为NXP、ST等ARM微控制器用户免费提供的emWin图形库，以其免费提供商业图库、使用简单、提升MCU运行表现和色彩逼真。存在问题是函数集成度高，与嵌入式系统ucCOS的兼容性有待提高。
(3)UCGUI是ST主推荐的一种嵌入式应用中的图形支持系统。UCGUI设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器及LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境，并适用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。它的设计架构是模块化的，由不同的模块中的不同层组成，由一个LCD驱动层来包含所有对LCD的具体图形操作。UCGUI可以在任何的CPU上运行，因为它是100％的标准C代码编写的。UCGUI能够适应大多数的使用黑白或彩色LCD的应用，它提供非常好的允许处理灰度的颜色管理。还提供一个可扩展的2D图形库及占用极少RAM的窗口管理体系。
本发明LCD显示屏采用7寸高亮、电阻触摸液晶屏，实时显示发动机转速信息、水罐液位信息、泡沫罐液位信息、水泵转速和水泵出水压力信息，其中水泵转速和水泵低压信息均以指针和数字的形式呈现出来，水泵转速范围0～6000RPM，水泵低压范围0～2.5Mpa；发动机转速信息以指针和数字的形式呈现出来，发动机转速范围0～3000RPM，同时也将电压、水压、冷却液温度和水温信息以数字的形式呈现出来，界面上也显示了水路参数、智能稳压、锅炉控制和阀门控制各系统的转关按钮。
本发明用于特种车辆作业的智能汽车仪表具有操作界面显示简洁明了、操作方便、安装简单、成本低、功耗小、性能稳定可靠等特点，可连续稳定运行400小时以上。本发明用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表也可用于水泥罐车、液罐车等特种车，使此类特种车辆作业时操作简单方便，大大提高作业效率。
Claims (1)
1.一种用于特种车辆消防车消防作业的智能汽车仪表，其特征在于：包括主板、LCD显示屏、电子油门、按钮开关、面板、数据传输接口和后盖，通过外接电源向主板提供9V～36V直流电压，数据传输接口通过防水插座镶嵌在后盖上，实现主板与CAN总线之间的信息传输；主板将获取的信息通过LCD显示屏呈现出来，显示屏采用嵌入式安装方式镶嵌在面板上，并采用按钮开关辅助的控制方式实现对车辆功能的操作控制；电子油门电子电位器镶嵌在面板上，通过面板上的自复位旋钮改变电子电位器输出电压，从而控制发动机的转速，电子油门控制发动机转速与主油门功能一样，当远程电子油门有效时，主油门失效；面板与后盖之间镶嵌有防水防尘密封圈，并通过螺钉紧固；所述电子电位器带有开关控制，电子电位器的输出电压范围为0.75V～3.15V，通过CAN总线连接到发动机ECU处；所述自复位旋钮每转动一次，发动机转速增加或减少40RPM；所述主板采用STM32F103ZET6处理器；通过CAN总线实时采集车辆的发动机转速、发动机冷却剂温度和机油温度；通过压力传感器采集车辆的泡沫罐液位和水罐液位的液位信息以及水泵出水压力信息，同时采用低温漂高精度器件保证采样电路压力传感器的精度；所述智能汽车仪表还包括低液位声光报警、断泵和紧急断电功能。
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