CN1144135C - 车载电脑装置 - Google Patents

Abstract

车载电脑装置及其软件的设计方法，使汽车更加智能化，包括自动车况检测、车况记录(黑匣子)、卫星定位导行等，提高了汽车的统一服务功能及兼容性，体积紧凑，节约了成本。

Description

车载电脑装置

本发明一般涉及一种汽车电器，特别是一种能增加汽车服务功能的车载电脑。

电脑技术应用到汽车上已日渐普遍，俗称汽车智能化。最常见如汽车装备有电子地图，  通过接收全球卫星定位系统(GPS)的信号，完成一些必要功能，  如简单地显示经纬度数据、路段查询、行驶路线查询等。由于电子地图和卫星定位产品的精度较低，进一步的功能还未发挥出来。

汽车故障检测也是应用之一。目前许多高档轿车的厂家都为自己生产的汽车设计了许多传感器。这些传感器安装在汽车的发动机，操作系统、底盘等各主要部位上。这些传感器每时每刻都在监测各部件的运行情况，并将相关参数传送到汽车的电脑控制单元(Ecu)上，如果汽车的某一部件处于非正常运行状态，Ecu将记录下相关的故障码。

汽车在维修时，通常先将一个手执机与汽车的Ecu相连，然后解读故障码的含义，找到汽车故障点。上述装置节省了维修人员诊断故障的时间，能准确地找出故障点。但也有缺点，如适应面窄，目前只有某些厂家的高档车才装有传感器及Ecu，而且各厂家定义的故障码各不相同，汽修手执机也必须根据车型更换故障码对照表。更为重要的是，这种方式只有在汽车发生故障后才能进行。当汽车出现安全隐患时，驾驶员是无法获知的。由于不能动态地获取车况，所以该装置的功能受到限制。

由于该装置不能记录发生事故的瞬间车内的状况，对事故的分析没有帮助，所以汽车的使用者们极希望车载电脑装置具有类似于飞机黑匣子功能的汽车当前状态记录装置。

一般的汽车也装有用于娱乐的装置，如用于CD播放、VCD等，大多数汽车都备有防盗报警装置及用于防止事故发生的驾驶员酒精检测等，以及能够想到的其他电子设备，但是上述装置大多各自独立，设备互相兼容性差，例如一个用户为其汽车购置一套卫星定位导行系统和一套多媒体娱乐系统时，从理论上讲这两套系统本可以共用一个液晶显示器来显示地图和影像信息，但由于这两套系统的生产厂家使用了不同的标准来显示信息，这就意味着用户须购买两个液晶显示器。再就是汽车自动化控制系统中的各个产品都需要一个控制电脑，但各个产品的生产厂家实现手段各不相同，所以各个控制电脑也是相对独立，各不相干。这些设备都有一定的体积，都要占用汽车内已很紧凑的空间。因此，现有的汽车电器使用状况应该有一个改进。

本发明的目的则在于提供一个能克服已有技术的缺点，能够统一完成多种服务功能的车载电脑装置。

本发明的另一个目的则在于提供一套供上述车载电脑装置使用软件的设计方法。

为实现上述目的，本发明的方案为：

所述的车载电脑装置包括一块计算机主板，外设装置通过接口与主板相连，外设装置至少包括：

——一块地理信息接收器(GPSOEM)的输入与全球卫星定位系统的接受天线相连，其输出通过一块电平转换板与主板相连，

——酒精浓度信息采集器通过一个信号变换装置与主板相连，

——车速采集器、刹车状态信息采集器、油量检测采集器、水温信息采集器分别与一个中间控制电路相接，控制电路通过接口电路与主板相接，

——一个车况记录装置(黑匣子)与主板相连，

——一块电子硬盘与主板相连，

——一块液晶显示屏与主板相连。

车载电脑的软件设计方法，其内容包括：

——车况检测，

——车况记录(黑匣子)，

——卫星定位导行，

其中车况检测程序的设计方法，在于采用下述步骤：

——启动系统工作，

——与汽车上的电脑控制单元(ECU)建立通信连接，发控制命令获取车型编号，根据车型编号选择相应的故障码对照表Table(1)，

——向电脑控制单元(ECU)发出指令，读出此前的n条故障记录，

——向程序计数器发出指令，程序计数器清零后记数，读出一个小于n的编号值i，

——解读出第i条故障记录中的故障码Code(i)，

——与对照表Table(1)比较查询并翻译出故障码Code(i)的含义并显示，

——将故障码(i)加入寄存器中形成队列Queue(1)暂存，

——更新程序计数器指针i＝i+1，若i值小于n时，程序回到按本步骤的第四条重新循环，若新i值大于n时，程序中止循环，

——对Queue(1)进行模式分析，有隐患存在时，报警，

    无隐患时，中止程序，

车况记录(黑匣子)的程序设计方法，在于包括下列的步骤：

——启动系统Equ(i)工作，

——对监测部件Egu(i)的状态作循环检测，如正常，

将监测部件Egu(i)的地址送入存储器加入队列Queue(1)中，不正常，将Egu(i)的出错报告写入日志数据库，

——更新计数器指针，i＝i+1，重复本程序第二步骤的检测，

——将序号1-n作为i的编号，当i≤n时有效，

——将第i个汽车电脑控制单元的地址addr(i)送入Quene(1)中，

——根据地址addr(i)，向第i个汽车电脑控制单元发送控制命令，以获取相应检测部件的名称(name)，状态(state)等信息，

——将当前时间addr(i).name(名称)，addr(i).state等信息写入日志数据库，

——更换计数器指针i＝i+1，当i＜n时在此程序的第四至第七个步骤之间循环，

——对新指针i查看队列Queue(1)中是否有停止信号，若没有继续循环，重复本步骤第三条至第八条，如有停止信号，则在删除当前时间前几天以前的日志数据库的所有记录后停止操作，

卫星定位导行程序的设计方法，在于采用下述步骤：

——GPS卡初始化，

——GPS卡上的初始经纬度值Lo和La，

——循环执行第四步，直到GPS卡与相应的卫星取得同步，

——接收来自3至4颗GPS卫星的定位信号，并不断修正Lo和La值，

——调出与Lo和La所示点相对应的电子地图，

——与电子地图软件建立DDE会话，卫星定位导行软件作为DDE服务器，电子地图软件作为客户方，下面程序进入消息循环过程，直到接收到结束程序的消息，服务器与客户方两个进程分别独立执行，二者通过DDE互传请求和应答，

客户方采用下述步骤：

——获取信息，

——如果有应答消息，从应答信号中获取最新的Lo和La值，

——在经过定位配标的电子地图上进行计算，找出与Lo和La值匹配的坐标点(x，y)，

——在电子地图上的(x，y)点做出标记，

——向服务器发送定位请求消息，

服务器采用下述步骤：

——接收来自3至4颗GPS卫星的定位信号，获取最新的Lo和La值，

——查看是否有定位请求消息，如果有则将Lo和La值发送给客户方，

——将新的Lo和La值记录到轨迹库，

——获取消息。

采用上述的车载电脑装置及使用上述方法设计出的驱动程序，可以将多种服务功能统一在一个车载系统中，从而实现了本发明的目的。

下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。

图1为车载电脑装置的整机结构框图；

图2为车载电脑装置的电子线路图；

图3为车载电脑装置的黑匣子线路图；

图4为车载电脑装置车况检测软件设计流程图；

图5为车载电脑装置汽车黑匣子软件设计流程图；

图6为车载电脑装置汽车黑匣子软件设计流程图。

如图1所示的车载电脑装置整机结构框图，代表了车载电脑的硬件结构。根据功能的要求，结构分成几个部分，如全球卫星定位导行系统、汽车故障检测、汽车黑匣子，用于娱乐的多媒体装置等。硬件结构的主体部分是一块计算机主板(1)，通过接口电路与具有上述各种功能的外设相接。如全球卫星定位导行系统主要是利用全球卫星定位系统(GPS)及电子地图，外设装置设有一个GPS天线(2)，接收来自3-4颗卫星的信号，其信号输出端与一个地理信息接收器(GPSOEM)板(3)相接，板(3)的输出端与一个电平转换的电路板(4)相接，其输出通过接口与主板(1)相接。

框(5)是一个酒精浓度检测传感器，用于汽车的安全防范，输出信号经变换电路(6)处理后再经接口线路与主板(1)相接。上述的电平转换电路(4)及变换电路(6)的功能均是将模拟信号量转换数字信号并变为计算机能接受的串行信号。

汽车故障检测器由几个部分组成。首先由分布在汽车各主要部件上的各类传感器与已知的汽车电脑控制单元(Ecu)相结合组成车况信号采集系统(7)，然后再经中间控制电路(8)与主板(1)相接，由车载电脑完善汽车故障检测器的功能。

本方案的车载电脑带有一个液晶显示屏(9)，可以供需要显示的各部分共同使用。

车载电脑带有一个特殊的电子硬盘(10)，硬盘(10)不同于一般采用磁头读写的硬盘，后者无法防震。电子硬盘(10)采用闪烁存储器(Flash Memorg)芯片，它不但能像磁盘一样读与写，有较大容量，而且还具有快速、低耗、抗震的优点。

框图的其余部分包括防震光驱(11)、音频输出(12)、无线网络(13)、键盘(14)及电源(15)等，组成车载电脑的完整结构框图。

图2为实现上述框图设计意图的具体线路图之一。由于在本方案中采用大量已有技术，故只对本方案中特有的车况检测电路作较详细的介绍。本实施例采用的电脑主板型号为HCL-C611。图示为车况检测电路。需采集的车况信号包括车速、刹车状态、油量检测、水温等，其传感器种类分别为：车速采集器使用车速霍尔元件，刹车状态采集器信号从刹车灯获取，油量检测使用油压传感器，温度检测的传感器型号为ML335。另外用于酒精检测的传感器型号为MQJ104。上述各类传感器与汽车电脑控制单元(Ecu)相结合组成信号采集系统(7)，这是一个已知的线路结构。信号采集系统(7)的多路输出端与中间控制电路(8)相接。中间控制电路(8)包括一个模拟电子开关(17)，信号采集系统(7)的多路输出端与模拟电子开关(17)的信号输入端相连，模拟电子开关(17)的型号为7501。模拟电子开关(17)的输出端OUT与一单片采样保持电路第一芯片(18)的输入端相接，单片采样保持电路(18)的芯片型号为LF398，起采样，缓冲放大的作用。模拟电子开关(17)的

端，、、

端还与一位选片第二芯片(19)的输出端相连，位选片第二芯片(19)的一位输出与单片采样保持电路第一芯片(18)的⑧脚相接。模拟电子开关(17)选择何种检测量输入及单片采样保持电路第一芯片(18)的输入是处于采样或保持状况均受到位选片第二芯片(19)的控制。当位选片第二芯片(19)的输入端

受到

的信号输入时，其真值表为：

A1	A2	A	B	C	CN
						0	0	0	0	0	Ф
0	1	0	0	0	1
						1	0	0	0	1	Ф
1	1	1	1	1	1

上述信号选择模拟电子开关(17)的输入端

的输入信号。

位选片第二芯片(19)通过A8输出对单片采样保持电路第一芯片(18)进行逻辑控制。单片采样保持电路第一芯片(18)的⑧、⑦端是两个差动输入端，当位选片第二芯片(19)的输出端

输入端的信号均为“0”状态时，单片采样保持电路第一芯片(18)处于保持状态；当电路第一芯片(18)的⑧脚由“0”变为“1”时，保持电路第一芯片(18)处于取样状态，允许模拟电子开关(17)OUT输出信号到单片采样保持电子第一芯片(18)内存储，经放大后信号从⑤脚输出到数模转换器第三芯片(20)的输入端

数模转换器第三芯片(20)的型号为ADC1210，将输入的模拟信号转换成数字信号。数模转换器第三芯片(20)的输出端 与一数据缓冲器第四芯片(21)的输入端相接，输出端 与另一同型号的数据缓冲器(22)的输入端相接。由于数模转换器第三芯片(20)的输出端为12路，故采用两个数据缓冲器(21)、(22)接收数据传输。缓冲器(21)、(22)的型号均为LS244，由其组成数字缓冲电路。但其输出受缓冲器(22)的i1端所受到的信号控制。i1信号保证两个LS244芯片的传输数据从低位到高位并行进行。

数据缓冲器第四芯片(21)、第五芯片(22)的输出与缓冲电路(23)相接。缓冲电路(23)是一个常见的计算机接口电路，起隔离与增加总线驱动能力的作用，它接受来自缓冲器第四芯片(21)、第五芯片(22)提供的数据，并通过O/I总线将其输送到主板(1)中，第一逻辑元件(24)、第二逻辑元件(25)、第三逻辑元件(26)接收I/O总线接口电路的 RD、 ZORQ、 WR信号，第一逻辑元件(24)和第二逻辑元件(25)的输出与第六芯片(27)的输入相接，同时与位选片(19)的输入端相接，第三逻辑元件(26)与第六芯片(27)的时钟脉冲输入端相连。第六芯片(27)的输出与一双稳态触发器(28)的输入端相接，双稳态触发器(28)的输出端通过一个非门(29)与数据缓冲器(22)的i1端相接。

另外一个时钟脉冲电路(30)与数据转换电路(20)及缓冲电路(23)相连。

图3为汽车黑匣子的电路结构图。车载电脑主板(1)与一块起接口作用的集成块(31)相接，进行数据交换并实现有关控制。集成块(31)有关管脚又与存储卡(32)相连，从而组成汽车黑匣子的硬件结构。第一集成块(31)的型号为PSD311，存储卡为第二集成块(32)采用型号为29C040的芯片。如图所示，第一集成块(31)PSD311的PA口改置为锁存地址输出，为存储卡提供低压锁存地址；PB口的PB0-PB3改置成I/O输出，用作存储卡的高四位地址，PB4改置成可编程地址译码器I/O用作存储卡的片选控制。存储卡采用闪烁存储器ATTQC040A掉电数据保护，SV电压擦写。

汽车运行需采集的信息包括GPS信息、车速、刹车状态、档位等。地理信息接受器GPSOEM板将车辆所在点的经度、纬度，车辆运行速度、标准时间、定位量度、刹车状态、刹车时间等信息，用标准的NEMA0813格式，MRS232电平送到车载电脑的串行通讯口，并通过存储卡存储起来，万一发生事故，可供事后调看，确定责任。

图4至图6是分别根据上述的软件设计方案设计出的程序流程框图。图4的车况检测流程图中，Ecu表示汽车电脑控制单元，Eable(1)指对应于某一具体车型的故障码对照表，Code(i)指具体的某一故障码，Quene(1)是一种称为队列的数据结构，在此处为故障码队列。根据以上的流程图，用C语言写出程序。

图5的黑匣子流程图中，相同的符号解释与上相同，仅addr指与Ecu相对应的地址数据，也是用C语言写出程序。

图6的卫星定位导行流程图中，相同的代号解释与图4的相11.11.同，个别不同的如Lo、La分别指经纬度值，DDE则是动代数据交换的简称，该程序用mapBasic+Visaal Basic语言写出程序软件。

采用上述方案的车载电脑装置及按照本方案方法设计的运行软件，能够带来多种服务功能。例如卫星定位导行系统，由于采用了高精度底图制作电子地图，而且采用自动标准技术实时地对地图进行标准，因此提高了系统的可用性。在功能上还增加了最佳路径选择、轨迹回放和偏离报警等。

车载电脑的黑匣子技术可以随时地记录汽车运行状态，各部分传感器参数等，并能随时摄录一段时间内的影像，如果汽车发生故障，可以对黑匣子进行分析，找出事故原因，为交通管理部门鉴定事故责任提供可靠的分析。

车况检测装置完全克服了以往的专业性太强的弱点，变得更加容易使用。由于车载电脑通过接口直接与电子控制单元(Ecu)相连，能够实时地解读出Ecu中的故障码。车载电脑的数据库中存储了目前所有汽车的故障码对照表，无论何种车型车况检测软件都能够读出故障码的实际含义，即不仅翻译出某一故障码的含义，而且能通过一组故障码分析出汽车的隐患，方便驾驶员动态地了解车况，从而趋利避害。其他如多媒体、通讯等均可以统一在一个电脑之内，不仅这样，由于本装置采用开放式设计，陆续后加的其他设备也可由本装置的车载电脑统一起来。这样可以使本装置结构简单，体积大大缩小，方便这些装置在车内的安装，同时也节省了开支费用。

综上所述，本发明是成功的。

Claims (9)

1、车载电脑装置，其特征在于：所述的车载电脑装置包括一块计算机主板，外设装置通过接口与主板相连，外设装置至少包括：

——一块地理信息接收器(GPSOEM)(3)的输入与全球卫星定位系统的接受天线(2)相连，其输出通过一块电平转换板(4)与主板相连，

——酒精浓度信息采集器(5)通过一个信号变换装置(6)与主板(1)相连，

——车速采集器、刹车状态信息采集器、油量检测采集器、水温信息采集器分别与一个中间控制电路(8)相连，中间控制电路通过接口电路与主板相连，

——一个车况记录装置(黑匣子)与主板相连，

——一块电子硬盘(10)与主板相连，

——一块液晶显示屏(9)与主板相连。

2、根据权利要求1所述的车载电脑装置，其特征在于：所述的车速采集器、刹车状态信息采集器、油量检测采集器、水温信息采集器分别与中间控制电路中的电子模拟开关(17)的输入脚S0-S7对应相接，电子模拟开关的输出脚OUT与控制电路中一单片采样保持第一芯片(18)相连，电子模拟开关(17)的CN、C、A、B脚与控制电路中的位选片第二芯片(19)的输出端相连，第二芯片(19)的输出与第一芯片(18)的⑧脚相连，

3、根据权利要求2所述的车载电脑装置，其特征在于：单片采样保持第一芯片(18)的输出与一模数转换第三芯片(20)的输入端相接，模数转换第三芯片(20)的输出端D0-D7与一数据缓冲器第四芯片(21)的输入端相接，模数转换第三芯片(20)的输出端D8-D11与另一数据缓冲器第五芯片(22)的输入端相接，缓冲器(22)的i1脚与一逻辑元件装置相接，

4、根据权利要求3所述的车载电脑装置，其特征在于：逻辑元件装置包括非门(29)，其输入与一双稳态触发器(28)的输出相接，双稳态触发器(28)的输入端与第大芯片(27)相接，

5、根据权利要求3所述的车载电脑装置，其特征在于：数据缓冲第四芯片(21)的输出与缓冲电路(23)相连，缓冲电路(23)的输出经过I/O总线与主板(1)相连，缓冲电路(23)的反馈信号由第一逻辑元件(24)、第二逻辑元件(25)输出，

6、根据权利要求5所述的车载电脑装置，其特征在于：第一逻辑元件(24)及第二逻辑元件(25)的输出分别与第六芯片(27)输入端相连，第三逻辑元件(26)向第六芯片(27)提供时钟信号CLE，第一逻辑元件(24)及第二逻辑元件(25)的输出并与第二芯片(19)的输入脚A7、A8相连，

7、根据权利要求5所述的车载电脑装置，其特征在于：缓冲电路(23)还与时钟脉冲电路(30)相接，时钟脉冲电路(30)还与数模转换器(20)相接。

8、根据权利要求1所述的车载电脑装置，其特征在于：酒精浓度信息采集器所用传感器型号为MQJ104，车速采集器的传感器为车速霍尔元件，油量检测采集器的传感器为油压传感器，水温信息采集器传感器型号为ML335。

9、根据权利要求1所述的车载电脑装置，其特征在于：所述的车况记录装置包括：主板(1)与一块型号为PSD311的第一集成块(31)相接，第一集成块(31)与一块型号为29C040的第二集成块(32)相接。

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