CN114619883A - 多类型可调式显示仪表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用在机动车辆的驾驶室中的显示仪表，包括显示单元和控制单元，所述显示单元具有位置固定的警示区域，所述控制单元能与不同类型的传感器相连以用于接收传感器信号，其中，该显示仪表还包括能被使用者操作的编码式选择器，该选择器与控制单元电气连接，以向该控制单元传送表征由使用者选定的当前传感器信号的类型的信号，所述控制单元根据所述当前传感器信号的数值控制所述显示单元的显示，以便无论传感器的类型如何都能在当前传感器信号的数值达到警示值范围时通过所述警示区域显示所述状态。该显示仪表实现了使用单个显示仪表显示多种类型的传感器信号的功能，并且还能以不同的符号或图标显示不同的功能或传感器信号类型。

Description

多类型可调式显示仪表
技术领域
本发明涉及显示仪表，尤其是用在机动车辆例如工程机械的驾驶室中的显示仪表。
背景技术
显示仪表广泛应用在各个领域中，它通常用于实时显示设备运行过程中的特定参数例如温度、压力等的值，以便向使用者指示设备的当前状况。为了确保设备的运行安全，使用者经常需要关注相关参数是否接近或处于警示值(亦即需要引起使用者注意的值，该值可能接近或甚至达到相关参数的极限值)的范围，也就是显示仪表的显示是否处于警示区域(也称为“红区”)。当前市面上存在的显示仪表普遍是采用图标固定式设计的单表，即一种显示仪表只能用来显示单一类型的参数(例如温度或者压力)。另外，由于各类单表红区的不同，带来了各种应用需要不同产品型号来覆盖的难题，致使产品型号繁多，无论对于供应商仪表生产，以及客户仪表产品应用方面都带来了困难。
文献CN208902310U公开了一种可调节指示区间的压力表，该压力表包括压力表主体、连接在压力表主体的前端的指针、以及设置在压力表主体内的三对不同颜色(红色、黄色、绿色)的弧形条或环形条，其中红色和黄色两对弧形条可以在各自的滑动槽内滑动，以实现自主调节不同颜色压力段的指示区间，快速判断被测参数的值所处的状态。
然而，上述文献中公开的仪表为机械式仪表，这种仪表由于存在精度差、易磨损等缺陷而已经在很多应用、例如机动车辆中被淘汰。目前，很多应用领域采用了包括处理器控制单元和物理的或数字的指针的电子式显示仪表。如前文所述的，已知的显示仪表(尤其是具有物理指针的显示仪表)存在着不能用同一仪表来显示不同参数的红区状况的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种显示仪表，该显示仪表尤其用在机动车辆的驾驶室中，并且包括显示单元和控制单元，所述显示单元具有位置固定的警示区域，所述控制单元能与不同类型的传感器相连以用于接收诸如温度、压力、液位等的传感器信号，其中，该显示仪表还包括能被使用者操作的编码式选择器，该选择器与所述控制单元电气连接，以向该控制单元传送表征由使用者选定的当前传感器信号的类型的信号，所述控制单元根据所述当前传感器信号的数值控制所述显示单元的显示，以便无论传感器的类型如何都能在所述当前传感器信号的数值达到警示值范围时通过所述警示区域显示该状态。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的显示仪表的剖视图；
图2示出根据本发明的实施例的显示仪表的表盘；以及
图3是图1和2中所示显示仪表的仰视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。
本发明的显示仪表可以应用于工业和生活等各种领域，以用于向使用者实时显示相关设备的特定参数的数值，从而让使用者能及时且直观地知晓相关设备的当前状态以及所述参数接近或处于警示值范围的状况。本发明的显示仪表尤其用在机动车辆的驾驶室中，例如用于工程机械等工作机器。特别地，本发明的显示仪表包括使用者可见的刻度以及用于指示所述刻度的不同区域的指针。所述指针尤其是物理(实体)指针，所述刻度尤其是物理刻度。当然，所述指针以及刻度也可以是通过电子方式模拟显示的虚拟指针和刻度。
本发明的基本构思在于，使用同一个显示仪表、尤其是同一组指针和刻度来显示具有不同数值的不同类型参数的值，尤其是向使用者指示所述参数的值接近或进入警示值范围的状况。换句话说，对于具有不同数值范围(尤其是不同警示值范围)的不同类型的参数进入其警示值范围的情况，本发明的显示仪表都可以通过使同一个指针指向同一个刻度的同一个警示区域(即“红区”)来向使用者显示或指示该情况。
具体地，本发明的显示仪表包括可以与不同类型的传感器信号连接的控制单元以及与所述控制单元信号连接的显示单元。所述控制单元设置成例如通过CAN总线接收并处理来自传感器的、表征诸如温度、压力或者液位等不同类型参数的传感器信号，并且能根据使用者选定的传感器信号(即，当前与控制单元相连的单个传感器的信号)来控制所述显示单元的显示，以便通知使用者所选定的传感器信号的实时状况，例如实时数值或数值范围以及是否接近或达到相应警示值等状况。所述显示单元设置成根据控制单元的信号以使用者可见的方式显示所选定的传感器信号的实时状况，尤其以其位置固定的警示区域(红区)显示选定的传感器信号所表征的参数已达到警示值范围的状况。根据本发明，传感器信号的选定可以由使用者利用与控制单元信号连接的编码式选择器来进行。
参见图1-2，显示单元1可以包括表盘11和从表盘11的上表面(图1中向上的表面，亦即在显示仪表的使用过程中对使用者可见的表面)可见的指针12。如图2所示，表盘11上—例如通过印刷—设置有刻度，该刻度可以包括多个区段，其中位于末端、尤其是在顺时针方向上位于末端的区段形成警示区段。所述警示区段可以具有与刻度的其他区段不同的特征，尤其是诸如红色的颜色特征。指针12安装成可以相对于表盘11上的刻度枢转，以用于根据当前传感器信号的状况而指向不同的刻度区段。特别地，指针12可以具有显著的外观特征，例如可以具有红色的颜色。
根据图2所示的实施例，表盘11的刻度可以包括具有一定宽度的圆弧线111和刻度线112，所述圆弧线111可以以指针12的枢转点为圆心，并且具有例如90度的弧度。所述刻度线112相对于所述圆弧线111沿径向方向延伸，以用于将该圆弧线111划分为多个区段、例如6个区段，其中处于末端的警示区段可以标识有警示标记，例如字母“H(High)”。特别地，所述刻度未标示具体数值，而是仅被分成包括警示区段的多个区段。
还优选地，表盘11由暗透黑膜构成，并且具有多个用于标示待显示的传感器信号的类型的功能符号113。由于暗透黑膜的特性，这些功能符号113仅在被点亮时才对使用者可见。特别地，这些功能符号113设计成能与由使用者选定的当前传感器信号的类型相对应地被点亮。
仍参见图1和图2，控制单元2可以包括微处理器，例如可从市场上获得的型号为STM32F103C4T6的单片机。该微处理器预置有用于分别处理不同类型的传感器信号的软件处理模块，并且尤其用于将与传感器信号对应变化的电压值转换为数字值并通过软件设置来产生相应的脉冲输出驱动信号以便驱动步进电机。根据本发明，微处理器中的用于处理传感器信号的软件处理模块通过编码式选择器触发而运行。
为此，所述微处理器在一个输入端口处与编码式选择器3电气连接。该选择器3可以被使用者操作而产生不同编码，以便通知微处理器当前应当处理的传感器信号类型，亦即应当运行的软件处理模块。特别地，所述选择器3可以产生从0000至1111的16位编码。在此，优选地，该选择器3是电位器，尤其是16位电位器。当然，选择器3也可以是其它可编码的器件，例如拨码开关。
所述选择器3尤其用于针对由传感器测得的电阻值进行分档，例如，其一档通过某个编码值告知微处理器与某Ω的阻值水平相关的传感器信号应当被显示单元1的警示区域显示，其二档通过另一编码值告知微处理器与某KΩ的阻值水平相关的传感器信号应当被显示单元1的警示区域显示。选择器3与微处理器的分档匹配可以通过硬件和软件编程实现。这种编程是本领域技术人员可以根据实际情况实施的，在此不再具体说明。
当然，也可以考虑将选择器3构造成针对电流值进行分档，以便通知微处理器与某电流值水平相关的分压传感器测量信号应当被显示在显示单元1的警示区域。
控制单元2还可以包括用于驱动指针12枢转的模块，该模块可以包括步进电机23和相应的驱动电路。所述步进电机23可以基于前文所述的脉冲信号来驱动指针12，使该指针12进行步进式枢转。所述驱动电路可以例如为可从市场上获得的VID66-08驱动芯片，并且可以经由插针24与微处理器信号连接，以便接收来自该微处理器的控制信号。当然，也可以不使用单独的驱动芯片，而是采用直接集成有这种驱动电路的、与上述单片机型号不同的其他型号的微处理器。
如尤其可从图1中看出的，控制单元2还可以包括多个导光件、也称为“光导”25。所述光导25例如由具有大致柱形或锥形的光通道的光壳形成，它们在一端各自与控制单元2的一个发光器件例如LED对齐，并且在另一端各自朝向显示单元1的一个功能符号113定向。所述光导25用于根据使用者选定的当前传感器信号的类型来点亮对应的功能符号113。
如图1所示，优选地，控制单元2可以由彼此上下安放的两层电路板形成。该控制单元2的与显示单元1直接相关的部分、尤其是光导25和步进电机23及其驱动电路可以设置在上层电路板21上，其中，光导25可以布置在上层电路板21的上表面上，步进电机23及其驱动电路可以布置在上层电路板21的下表面上并且经由穿过该上层电路板21的枢转轴连接并驱动指针12。该控制单元2的其余部分、尤其是微处理器可以设置在下层电路板22上，并且例如经由如上所述的插针24与上层电路板21上的元器件信号连接。
在这种情况下，选择器3可以布置在控制单元2的下层电路板22的下表面上，以便于一方面与控制单元1的微处理器电连接，另一方面可以被使用者接近并且进行操作。
根据所示出的实施例，本发明的显示仪表可以包括用于包封所述显示单元1、所述控制单元2和所述选择器3的外壳4，尤其是一体注塑的外壳。
该外壳4可以在顶部开口，并且通过透明的PC板5封闭，以便一方面保护显示单元1的表盘11及指针12，另一方面允许使用者清楚地看到指针12相对于表盘11的刻度的指示。
该外壳4可以在底部由一体的或分体的盖封闭，并且具有与选择器3所在的位置对齐的开口，所述开口可以通过可拆装的堵头6封闭。
如图3所示，本发明的显示仪表可以通过连接在外壳4的底部的螺母7整体安装到仪表盘的卡板8上。特别地，在外壳4的底部可以设置有用于进行功能扩展的接口9。
工业适用性
本发明的显示仪表通过设置可由使用者调节的编码式选择器3、尤其是可调式电位器，而允许使用者确定并告知控制单元1应当显示的传感器信号的类型，实现了使用单个显示仪表便可满足对诸如温度或压力等各类型的传感器信号以及各种不同警示区域的显示需求。而且，本发明还可以通过单个显示仪表以不同的符号或图标显示不同的功能。另外，本发明的显示仪表结构紧凑，能有利地适用于空间受限的场合。
本发明的显示仪表有效地解决了现有的供应商需要生产不同类型的显示仪表以便覆盖不同应用的难题，该显示仪表可以一次性集中化生产，从而还减少了库存及物流成本。
下面通过两个示例说明本发明的显示仪表的控制单元与显示单元的匹配过程。
这两个示例针对于检测机器的不同部件温度的两种不同类型的传感器的情况。在这些示例中，显示仪表的表盘的刻度被分为6个格(即6个区段)，每个格15度，最后一个格(即75至90度的区段)作为警示区域(红区)。控制单元设置成，每输出12个脉冲可使显示单元的指针转动1度。
在这两个示例中，控制单元、尤其是作为其微处理器的单片机中设置有12位精度的A/D(模拟/数字)转换模块，从而可以将由传感器采集到的模拟电压信号转换成212个(即，4096个)数字值、具体是转化成从0到4095(即，4096-1)之间的数字值。
而且，在这两个示例中，控制单元的微处理器采用3.3V(伏特)的系统标准参考电压，并且传感器的输出与微处理器的输入之间的用于将电阻型传感器信号转换为可供微处理器使用的电压量的分压电路中使用了300Ω(欧姆)的上拉电阻。
由此，可以应用下列等式来实现部件的实际温度与通过控制单元的微处理器得出的A/D转换值之间的对应：
DV＝3.3×SR/(SR+PR) (等式一)
A/D＝DV×4095/3.3 (等式二)
其中，SR是指与实际温度相关的传感器信号或者说传感器测量值，它是单位为Ω的电阻值并且其实际数值(随温度不同而变化)视传感器生产商的设置而定；PR是指分压电路中的上拉电阻的阻值，在此为300Ω；DV是指由分压电路生成的、单位为V的分压电压；A/D是指通过微处理器的处理得出的A/D转换值(下文中也称为“数字值”)。
示例1：
Figure BDA0002829012900000071
如上表所示，如果所测量对象的温度40℃，则传感器将产生阻值为1609.7Ω的电阻信号。该电阻信号被输送到分压电路，经过与之串联连接的阻值为300Ω的上拉电阻的处理，可以生成电压值为2.7816V的分压电压。该分压电压被输送至控制单元的微处理器，经过A/D转换后生成数字值3452。对应于该数字值，微处理器生成的脉冲数为零，显示单元的指针停留在刻度的起始端。
当所测量对象的温度达到60℃时，传感器产生阻值为830.6Ω的电阻信号。经过随后的处理和转换，在控制单元的微处理器中产生数字值3008。对应于该数字值，微处理器生成180(即15×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动15度(亦即转过1格)。
当所测量对象的温度达到80℃时，通过对传感器所产生的电阻信号进行处理和转换，在控制单元的微处理器中产生数字值2398。对应于该数字值，微处理器生成360(即30×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动30度(亦即转过2格)。
当所测量对象的温度达到90℃时，通过对传感器所产生的电阻信号进行处理和转换，在控制单元的微处理器中产生数字值2024。对应于该数字值，微处理器生成540(即45×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动45度(亦即转过3格)。
当所测量对象的温度达到100℃时，通过对传感器所产生的电阻信号进行处理和转换，在控制单元的微处理器中产生数字值1756。对应于该数字值，微处理器生成720(即60×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动60度(亦即转过4格)。
当所测量对象的温度达到110℃时，通过对传感器所产生的电阻信号进行处理和转换，在微处理器中产生数字值1511。对应于该数字值，微处理器生成900(即75×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动75度(亦即转过5格)，达到警示区域的下限(亦即警示区域的起始端)。
而当所测量对象的温度达到150℃时，通过对传感器所产生的电阻信号进行处理和转换，在微处理器中产生数字值663。对应于该数字值，微处理器生成1080(即90×12)个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动90度(亦即转过6格)，达到警示区域的上限(亦即警示区域的末端)。
由此可见，在本示例中，针对传感器采集到的信号，基于由曲线拟合生成的第一映射以非线性方式将数字值转换为指针的枢转角度，使得当检测到的温度为需要开始进行警示的110℃时，指针可以枢转到75度的警示区域起始端，并可以在此时激活相对应的功能符号或图标以使之闪烁。
具体地说，本发明的显示控制方式在于对与传感器信号相关联的数字值(A/D转换值)进行分段式线性插值处理(分段模拟)，以便即使相邻的数字值(在本例中依次为3452、3008、2398、2024、1756、1511、663)之间的差值不同，也能产生规则的(尤其是等差的)控制信号(在本例中依次为0、180、360、540、720、900、1080个脉冲)，从而使显示单元的指针能以平滑的方式转动并且能在传感器信号(传感器测量值)达到设定值时指向警示区域。
示例2：
Figure BDA0002829012900000091
该示例与上述示例1相似，区别在于显示单元的指针开始进入警示区域时传感器所测量的温度为120℃。此时，传感器产生阻值为104.4Ω的电阻信号。经过对该信号的处理和转换后，控制单元的微处理器产生数字值1057。对应于该数字值，微处理器生成900个脉冲，从而使显示单元的指针相对于刻度转动75度，达到警示区域的下限或者说起始端。
该示例针对传感器采集到的信号，基于由曲线拟合生成的第二映射以非线性方式将数字值转换为指针需要进行枢转的角度，使得当检测到的温度为120℃时，指针可以枢转75度。
本发明的控制单元对传感器信号进行处理以生成对应的数字值(A/D转换值)，并且基于期望的或要求的指针枢转角度对所述数字值进行转换以便生成用于显示单元的指针的控制信号，从而与传感器信号的类型相对应地使所述指针能在传感器信号达到警示值范围时指向显示单元的刻度的警示区域。
更具体地说，在本发明中，控制单元构造成能将由使用者选定的当前传感器信号转换成相应的数字值，并且基于由使用者选定的当前传感器信号的类型以非线性的方式将所述数字值转换为与指针的期望枢转角度相对应的控制信号。特别地，所述控制单元构造成以曲线拟合的方式将所述数字值转换为所述与指针的期望枢转角度相对应的控制信号。
在实践中，当确定了需要监视的参数或传感器信号类型之后，使用者可以拆下显示仪表的外壳4底部的堵头6，以便对选择器3进行操作、例如将电位器转动到预定的位值，从而告知控制单元2需要显示的功能或传感器信号类型。然后，使用者可以将堵头6装回，以便封闭外壳4并且从而保护显示单元1和控制单元2。
随后，当显示仪表被通电启动后，表盘11上的与所选择的功能或传感器信号类型相对应的功能符号113将被点亮，指针12将随着所述传感器信号的变化数值而转动，并且可以在该数值达到预定的阈值时指向表盘11的刻度的警示区域并可以在此时激活相对应的功能符号或图标以使之闪烁，由此向使用者发送警示信息。
本说明书仅用于说明性目的，且不应当期望以任何方式限制本发明的范围。因此，本技术领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的全部和合理范围和精神的情况下，公开的具体实施例可做各种变形。其他的方面、特征和优点将从附图和附带的权利要求变得显而易见。

Claims (10)

1.一种显示仪表，尤其用在机动车辆的驾驶室中，该显示仪表包括显示单元和控制单元，所述显示单元具有位置固定的警示区域，所述控制单元能与不同类型的传感器相连以用于接收传感器信号，其中，该显示仪表还包括能被使用者操作的编码式选择器，该选择器与所述控制单元电气连接，以向该控制单元传送表征由使用者选定的当前传感器信号的类型的信号，所述控制单元根据所述当前传感器信号的数值控制所述显示单元的显示，以便无论传感器的类型如何都能在当前传感器信号的数值达到警示值范围时通过所述警示区域显示该状态。
2.根据权利要求1所述的显示仪表，其特征在于，所述显示单元包括表盘和指针，所述表盘上设置有包括所述警示区域的刻度，所述指针能被所述控制单元驱动而当所述当前传感器信号处于警示值范围时指向所述警示区域，其中，所述指针是物理指针，所述刻度是物理刻度。
3.根据权利要求2所述的显示仪表，其特征在于，所述刻度包括圆弧线以及沿径向方向延伸以便将该圆弧线划分成多个区段的刻度线，其中，沿顺时针方向处于末端的区段形成所述警示区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的显示仪表，其特征在于，所述控制单元构造成能将所述当前传感器信号转换成相应的数字值，并且基于由使用者选定的当前传感器信号的类型以非线性的方式将所述数字值转换为与指针的期望枢转角度相对应的控制信号。
5.根据权利要求4所述的显示仪表，其特征在于，所述控制单元构造成以曲线拟合的方式将所述数字值转换为所述与指针的期望枢转角度相对应的控制信号。
6.根据权利要求2所述的显示仪表，其特征在于，所述表盘由暗透黑膜构成，该暗透黑膜上设置有用于表征传感器信号的类型的多个功能符号，这些功能符号能与由使用者选定的当前传感器信号的类型相对应地被点亮。
7.根据权利要求6所述的显示仪表，其特征在于，所述控制单元包括多个光导，所述光导朝向所述功能符号定向，以用于点亮相应的功能符号。
8.根据权利要求1所述的显示仪表，其特征在于，所述控制单元包括微处理器，该微处理器包括用于分别处理不同传感器信号的多个软件处理模块，并且构造成接收来自选择器的信号以便运行与当前传感器信号相对应的软件处理模块。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的显示仪表，其特征在于，所述控制单元由彼此信号连接的上层电路板和下层电路板组成，其中，所述光导和用于驱动指针转动的驱动模块设置在上层电路板上，所述微处理器和所述编码式选择器设置在下层电路板上。
10.根据权利要求9所述的显示仪表，其特征在于，所述显示单元和所述控制单元被包封在外壳中，所述外壳尤其是一体注塑的外壳，所述外壳具有与所述选择器对齐并且通过可拆装的堵头封闭的开口。
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