CN110370930A - 基于can总线的电动拖拉机虚拟仪表 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，本发明所述的电动拖拉机虚拟仪表基于CAN总线技术设计，仪表控制器通过若干个CAN模块和其它接口接收仪表所需的数据信号，提高了电动拖拉机仪表获取信息的效率；电动拖拉机虚拟仪表的仪表控制器内部增加了导航模块，为拖拉机提供全景地图和路径规划功能，有利于实现农业信息化和精准化，本发明具备开发周期短且成本低的优势，能够通过一块仪表屏幕显示丰富的整车信息，充分利用驾驶室空间，解决了现存电动拖拉机仪表显示信息不全面、易受环境干扰、精度差的问题。

Description

基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表

技术领域

本发明属于电动拖拉机辅助设备技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表。

背景技术

由于机械产业的快速发展以及电子技术的革新，拖拉机作为主要农业动力机械之一，发展迅速，且随着拖拉机内电子器件的大量应用，使得拖拉机的控制系统需要处理大量复杂的信息，并通过仪表显示。对于电动拖拉机而言，现存的仪表显示的参数有限，有些电动拖拉机须使用多块仪表辅助驾驶员观测拖拉机的运行状态，这类仪表不仅占用驾驶空间且其精度受坏境的影响会下降，已经不能满足现代电动拖拉机的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其具备开发周期短且成本低的优势，能够通过一块仪表屏幕显示丰富的整车信息，充分利用驾驶室空间，解决了现存电动拖拉机仪表显示信息不全面、易受环境干扰、精度差的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，包括存储模块、虚拟仪表显示屏、语音报警器、仪表控制器、电源管理模块、若干个传感器以及若干个CAN模块，其中，仪表控制器与具有记忆和存储功能的存储模块双向连接，电源管理模块与仪表控制器电连接并用于为仪表控制器提供其所需要的供电电压，仪表控制器的输入端通过若干个CAN模块分别与若干个传感器相连，若干个传感器用于感测拖拉机的运行状态信息并将该运行状态信息传输至仪表控制器，仪表控制器的输出端分别与用于显示拖拉机的运行状态信息的虚拟仪表显示屏和具有故障报警功能的语音报警器相连。

进一步的，所述的电源管理模块包括用于为仪表控制器的不同接口提供供电电压的电源转换模块和用于降低因拖拉机本身及环境造成的电压波动的抗干扰模块。

进一步的，所述的运行状态信息包括拖拉机运行时的电动机转速、电池电量、车速、电流、电压、电池温度、电动机温度，该若干个传感器相应的包括电动机转速传感器、电池电量传感器、车速传感器、电流传感器、电压传感器、电池温度传感器、电动机温度传感器。

进一步的，所述的仪表控制器包括信号采集模块和系统控制模块，该信号采集模块用于接收若干个CAN模块及其它通讯接口传送来的数据信号，并将接收到的数据信号放大后传送至系统控制模块；该系统控制模块用于驱动虚拟仪表显示屏和语音报警器工作，其中，虚拟仪表显示屏用于显示拖拉机的运行状态信息并实时监测拖拉机的运行，当出现故障信息时该系统控制模块驱动语音报警器工作。

所述的系统控制模块包括CAN控制模块、信号控制模块、语音报警器驱动模块、虚拟仪表显示模块、导航模块和故障信息处理模块，该CAN控制模块完成了 CAN协议包的封装，用于与若干个CAN模块通信；该信号控制模块用于接收放大后的数据信号并把对应的数据信号分别传送至语音报警器驱动模块和虚拟仪表显示模块；其中，

该语音报警器驱动模块用于根据接收到的数据信号来控制语音报警器的工作；

该虚拟仪表显示模块用于将接收到的数据信号显示在虚拟仪表显示盘上；

该故障信息处理模块将拖拉机的故障信息通过存储模块记录存储并将故障信息通过虚拟仪表显示屏进行显示。

所述的系统控制模块还包括导航模块，该导航模块用于接收GPS信号并可通过虚拟仪表显示屏显示导航路径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的电动拖拉机虚拟仪表基于CAN总线技术设计，仪表控制器通过若干个CAN模块和其它接口接收仪表所需的数据信号，提高了电动拖拉机仪表获取信息的效率；电动拖拉机虚拟仪表的仪表控制器内部增加了导航模块，为拖拉机提供全景地图和路径规划功能，有利于实现农业信息化和精准化。

附图说明

图1是本发明的控制原理框图；

图2是本发明中仪表控制器的组成框图；

图3是本发明中虚拟仪表显示屏的界面显示示意图；

图4是本发明中虚拟仪表显示屏的辅助界面C1、C2的示意图；

图5是本发明中仪表辅助界面C3、C4的示意图；

图中标记：1、存储模块，2、虚拟仪表显示屏，3、语音报警器，4、仪表控制器，41、信号采集模块，42、系统控制模块，421、CAN控制模块，422、信号控制模块，423、虚拟仪表显示模块，424、语音报警器驱动模块，425、导航模块，426、故障信息处理模块，5、CAN模块，6、电源管理模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，包括存储模块1、虚拟仪表显示屏2、语音报警器3、仪表控制器4、电源管理模块6、若干个传感器以及若干个CAN模块5，其中，仪表控制器4与具有记忆和存储功能的存储模块1双向连接，电源管理模块6与仪表控制器4电连接并用于为仪表控制器4提供其所需要的供电电压，仪表控制器4的输入端通过若干个CAN模块5分别与若干个传感器相连，若干个传感器用于感测拖拉机的运行状态信息并将该运行状态信息传输至仪表控制器4，仪表控制器4的输出端分别与用于显示拖拉机的运行状态信息的虚拟仪表显示屏2和具有故障报警功能的语音报警器3相连。

进一步优化本方案，所述的电源管理模块6包括用于为仪表控制器4的不同接口提供供电电压的电源转换模块和用于降低因拖拉机本身及环境造成的电压波动的抗干扰模块。

进一步优化本方案，所述的运行状态信息包括拖拉机运行时的电动机转速、电池电量、车速、电流、电压、电池温度、电动机温度，该若干个传感器相应的包括电动机转速传感器、电池电量传感器、车速传感器、电流传感器、电压传感器、电池温度传感器、电动机温度传感器。

进一步优化本方案，所述的仪表控制器4包括信号采集模块41和系统控制模块42，该信号采集模块41用于接收若干个CAN模块5及其它通讯接口传送来的数据信号，并将接收到的数据信号放大后传送至系统控制模块42；该系统控制模块42用于驱动虚拟仪表显示屏2和语音报警器3工作，其中，虚拟仪表显示屏2用于显示拖拉机的运行状态信息并实时监测拖拉机的运行，当出现故障信息时该系统控制模块42驱动语音报警器3工作。

进一步优化本方案，所述的系统控制模块42包括CAN控制模块421、信号控制模块422、语音报警器驱动模块424、虚拟仪表显示模块423和故障信息处理模块426，该CAN控制模块421完成了 CAN协议包的封装，用于与若干个CAN模块5通信；该信号控制模块422用于接收放大后的数据信号并把对应的数据信号分别传送至语音报警器驱动模块424和虚拟仪表显示模块423；其中，

该语音报警器驱动模块424用于根据接收到的数据信号来控制语音报警器3的工作；

该虚拟仪表显示模块423用于将接收到的数据信号显示在虚拟仪表显示盘上；

该故障信息处理模块426将拖拉机的故障信息通过存储模块1记录存储并将故障信息通过虚拟仪表显示屏2进行显示。

进一步优化本方案，所述的系统控制模块42还包括导航模块425，该导航模块425用于接收GPS信号并可通过虚拟仪表显示屏2显示导航路径。

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:

如图1所示，本发明包括存储模块1、虚拟仪表显示屏2、语音报警器3、仪表控制器4、CAN模块5及电源管理模块6。

存储模块1具有记忆和存储的功能，存储模块1内存储的信息为二进制，用来存储的信息需经过转化电路处理后再录入存储模块1，存储模块1用来存储执行的数据和程序，仪表控制器4可以通过存储模块1存储和读取信息。

语音报警器3受仪表控制器4的控制，通过串行总线控制驱动，语音报警器3的内部设有语音模块并通过触点控制，本发明中优先选择用低电平触发报警，当蓄电池故障、制动故障、转向故障、电压或电流过高等时，也即运行出现错误时，语音报警器3会发出语音报警提示驾驶员，方便及时维修保养。

CAN模块5包含CAN总线收发器和光电耦合器，CAN总线收发器提供差动接受能力，配合CAN总线和仪表控制器4内的CAN控制模块收发信号，具有保护CAN总线的能力；光电耦合器内包含的光耦电路可以起到滤除总线上的高频干扰和一定防辐射能力，具有隔离的功能，避免干扰总线信号。

电源管理模块6包括电源转换模块和抗干扰模块，电源转换模块受控制器内部的电源管理芯片的控制，通过内部集成的降压模块动态调节供电电压，可以将蓄电池提供的12V供电电压转化为仪表控制器4所需的低电压；抗干扰电路在电源转换电路前，可以降低因拖拉机本身及环境造成的电压波动，减少外部干扰。

仪表控制器4作为电动拖拉机虚拟仪表硬件系统的核心，它通过接收CAN模块5及其他通讯接口调理过的模拟信号和脉冲信号，并将接收的数据信息处理为控制信号，控制驱动虚拟仪表显示屏2和语音报警器3工作，其中电源管理模块6为仪表控制器4提供合理的电源电压，存储模块1为仪表控制器4提供数据信息的存储空间。

如图2所示，该仪表控制器4包括信号采集模块41和系统控制模块42，其中系统控制模块42包括CAN控制模块421、信号控制模块422、虚拟仪表显示模块423、语音报警驱动模块424、导航模块425和故障信息处理模块426。

信号采集模块41内部嵌入的协议控制器，可以与CAN模块5串行通信，并解析处理传来的控制信号，除此之外，信号采集模块41还可以和其它通讯接口通信，并把调理放大后的数据信号送到系统控制模块42。

系统控制模块42内部嵌入多个模块，其中，CAN控制模块421内含有寄存器、存储器、总线配置和核心处理器等，完成了CAN协议的封装，可控制CAN模块4中的CAN信号收发器；信号控制模块422借助辅助电路与信号采集模块41通信，接收信号采集模块41调理过的信号，并把控制信号分别送到语音报警器驱动模块424和虚拟仪表显示模块423，语音报警器驱动模块45接收控制信号，通过电平触发的方式进行语音报警，本发明优先选择用低电位触发报警，虚拟仪表显示模块423用来驱动虚拟仪表显示屏2显示仪表盘的信息，导航模块425接收处理GPS信号并通过虚拟仪表显示屏2显示导航路径，故障信息处理模块426将拖拉机的故障信息记录存储并通过虚拟仪表显示屏2显示。

如图3至图5所示，本发明中的虚拟仪表显示屏2的虚拟显示界面A按照显示内容是否固定划分为两部分，包括虚拟仪表主界面B和虚拟仪表辅助界面C。

虚拟仪表主界面B显示的信息有电动机转速、电池电量、车速、电流、电压、电池温度、电动机温度、故障信息及信号灯及报警灯等；虚拟仪表辅助界面C的界面数量和显示内容不固定，可以根据用户的需求增加或减少，本发明中优先设置了四个辅助界面C。

辅助界面C包括首页C1、导航界面C2、悬挂界面C3和故障界面C4。

首页C1包括导航、悬挂参数和故障信息三个选项，用户可以根据实际需求选择不同的选项，分别进入导航界面C2、悬挂界面C3和故障界面C4，浏览对应的信息。

导航界面C2包括全景地图、路径显示、数据记录和首页，全景地图可以为驾驶员提供周围作业环境的高清图像，辅助驾驶员的操作；路径显示可以根据驾驶员的需求，为拖拉机提供路径规划和追踪功能；数据记录可以为驾驶员提供历史查阅的功能；首页可以快速回到系统主界面。

悬挂界面C3包括拉杆中心高度、耕深、作业阻力参数和首页选项，主要目的是为驾驶员提供拖拉机悬挂系统的主要参数，辅助悬挂系统的操作；

故障界面C4包括电机故障监测、蓄电池故障检测、拖拉机车身故障监测、制动故障监测、悬挂故障监测和首页选项，当拖拉机出现故障时，部分信息通过主界面B的信号灯和报警灯区域显示，并通过语音报警器提示驾驶员，但为了得到更具体的故障信息，可以通过故障界面C4查看相应的参数页，方便对拖拉机进行检查和维护。

根据驾驶员的观察习惯，仪表界面的参数信息区分为指针式表盘和非指针式表盘，指针式表盘包括电机转速、电池电量、车速、电流、电压参数，指针式仪表盘借助LabVIEW虚拟仪器程序设计；非指针式表盘也即其它参数信息，用数字及文字显示。

本发明在CAN总线技术和LabVIEW虚拟仪器软件技术的基础上，设计了基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，可以方便地将拖拉机上的行驶和作业信息集中在一块屏幕上显示，其中，仪表界面的辅助界面可以根据需求进行设计，更加人性化和智能化。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：包括存储模块（1）、虚拟仪表显示屏（2）、语音报警器（3）、仪表控制器（4）、电源管理模块（6）、若干个传感器以及若干个CAN模块（5），其中，仪表控制器（4）与具有记忆和存储功能的存储模块（1）双向连接，电源管理模块（6）与仪表控制器（4）电连接并用于为仪表控制器（4）提供其所需要的供电电压，仪表控制器（4）的输入端通过若干个CAN模块（5）分别与若干个传感器相连，若干个传感器用于感测拖拉机的运行状态信息并将该运行状态信息传输至仪表控制器（4），仪表控制器（4）的输出端分别与用于显示拖拉机的运行状态信息的虚拟仪表显示屏（2）和具有故障报警功能的语音报警器（3）相连。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：所述的电源管理模块（6）包括用于为仪表控制器（4）的不同接口提供供电电压的电源转换模块和用于降低因拖拉机本身及环境造成的电压波动的抗干扰模块。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：所述的运行状态信息包括拖拉机运行时的电动机转速、电池电量、车速、电流、电压、电池温度、电动机温度，该若干个传感器相应的包括电动机转速传感器、电池电量传感器、车速传感器、电流传感器、电压传感器、电池温度传感器、电动机温度传感器。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：所述的仪表控制器（4）包括信号采集模块（41）和系统控制模块（42），该信号采集模块（41）用于接收若干个CAN模块（5）及其它通讯接口传送来的数据信号，并将接收到的数据信号放大后传送至系统控制模块（42）；该系统控制模块（42）用于驱动虚拟仪表显示屏（2）和语音报警器（3）工作，其中，虚拟仪表显示屏（2）用于显示拖拉机的运行状态信息并实时监测拖拉机的运行，当出现故障信息时该系统控制模块（42）驱动语音报警器（3）工作。

5.根据权利要求4所述的基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：所述的系统控制模块（42）包括CAN控制模块（421）、信号控制模块（422）、语音报警器驱动模块（424）、虚拟仪表显示模块（423）和故障信息处理模块（426），该CAN控制模块（421）完成了 CAN协议包的封装，用于与若干个CAN模块（5）通信；该信号控制模块（422）用于接收放大后的数据信号并把对应的数据信号分别传送至语音报警器驱动模块（424）和虚拟仪表显示模块（423）；其中，

该语音报警器驱动模块（424）用于根据接收到的数据信号来控制语音报警器（3）的工作；

该虚拟仪表显示模块（423）用于将接收到的数据信号显示在虚拟仪表显示盘上；

该故障信息处理模块（426）将拖拉机的故障信息通过存储模块（1）进行记录存储并将故障信息通过虚拟仪表显示屏（2）进行显示。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的电动拖拉机虚拟仪表，其特征在于：所述的系统控制模块（42）还包括导航模块（425），该导航模块（425）用于接收GPS信号并可通过虚拟仪表显示屏（2）显示导航路径。