CN1750048A - 数字图形化汽车仪表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字图形化汽车仪表，包括处理器、内存、参数采集模块、显示驱动模块、显示面板和存放在所述内存中的功能模块，功能模块包括参数采样程序模块、图形显示程序模块、图形数据模块、控制程序模块。本发明采用计算机数字图形处理技术和嵌入式计算机软件技术，在汽车显示面板上，用图形方式显示和记录参数，实现硬件功能软件化，使汽车仪表进入数字图形化时代；本发明还具有显示色彩丰富、显示精度高、能显示各种文字、运行可靠、抗干扰能力强、应用灵活方便等特点；能在显示面板上同时显示汽车行驶速度、行驶里程、发动机转速、水温、油量、转弯信号、刹车信号、手刹信号、车外气温、车内温度等参数。

Description

数字图形化汽车仪表

技术领域

本发明涉及一种新型汽车仪表，具体涉及一种用图形方式显示参数的数字图形化的汽车仪表。

背景技术

目前使用的汽车仪表系统中主要有两大类，一是模拟方式显示的指针式仪表，二是以数码方式显示的数字仪表，而这两大类仪表都各有不同的缺陷。指针式仪表存在显示精度不高，抗干扰能力不强等方面的缺陷；数字仪表虽然在显示精度和抗干扰能力上有所提高，但却存在不能很好的提供量程范围显示(对汽车驾驶者来说，知道这些内容很重要)，显示单调乏味，使汽车驾驶者容易疲劳等方面的缺陷；也正因为数字仪表的种种缺陷，所以现在用得比较多的还是指针式仪表。而且上述的两大类汽车仪表一般是一个仪表显示一种参数，所以还存在整个汽车仪表制造工艺复杂、工艺装备多等方面的缺陷，特别是需要提供多参数组合显示的汽车，不得不增加更多的显示设备，使这方面的缺陷就更加突出。而高速发展的计算机技术，其处理数据的能力已完全能满足汽车仪表所需要的强大数据处理能力，但这方面的应用一直是有关技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是把计算机技术和计算机图形处理技术应用于汽车仪表中，而提供的一种显示画面丰富、整体稳定性高、制造工艺简单的数字图形化汽车仪表。

本发明的目的是这样实现的：

一种数字图形化汽车仪表，包括处理器、内存、参数采集模块、显示驱动模块、显示面板和存放在所述内存中的功能模块，所述功能模块包括：参数采样程序模块、图形数据模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块、图形显示程序模块和控制程序模块；其中，

a)图形数据模块：显示图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法；

b)动态图形构造程序模块：从图形数据模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合动态图形的变化算法构造动态图形数据；

c)图形组合程序模块：从图形数据模块中读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据和显示图形数据进行组合，构造显示图形；

d)图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

e)控制程序模块：对功能模块运行进行控制。

所述功能模块按照如下步骤运行：

1)对需要采样的参数进行采样；

2)从图形数据模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合动态图形的变化算法构造动态图形数据；

3)从图形数据模块中读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据和显示图形数据进行组合，构造显示图形；

4)将显示图形输出显示，返回第1)步。

本发明的创新点在于用微型计算机来处理各种数据和参数，用动态图形在显示面板上表示参数的变化，这里所说的动态图形是一种跟随其表示参数的变化而变化图形的图形。每一个需要显示的参数都对应一个动态图形，每一个动态图形都对应一个动态图形变化算法。

相比现有技术本发明具有如下优点：

1、本发明采用计算机数字图形处理技术和嵌入式计算机软件技术，使汽车仪表进入数字图形化时代，可以在其显示面板上，用各种图形方式显示和记录参数(如：可以用数字图形仿真指针模式显示和记录参数)，用数字方式显示和记录参数，用立体图形方式显示和记录参数，用多种图形显示方式混合显示和记录参数，还可以用多种图形方式同时显示和记录同一个参数；本数字图形化汽车仪表还具有显示色彩丰富，显示精度高，显示画面美观，能显示各种文字等特点。

2、硬件功能软件化，也就是一部分原本在汽车仪表中由硬件完成的功能通过软件来完成，甚至以前许多用硬件难以解决的或者根本不能解决的问题，也采用软件技术而可以很好的解决。

3、由于使用了嵌入式系统设计方法，使整个汽车仪表的集成度大大提高，而功能模块化使汽车仪表系统结构简洁和体积小型化；也使整个汽车仪表运行更加可靠、稳定性提高、抗干扰能力增强、应用更加灵活方便。

4、能在一块显示面板上同时显示和记录多种参数，如在一块显示面板上同时显示汽车行驶速度、行驶里程、发动机转速、水温、油量、转弯信号、刹车信号、手刹信号、车外气温、车内温度、障碍物距离等；也能进行多参数组合处理而提供更有价值的显示和记录参数；由于可以用文字显示，使驾驶者对各种显示和提示一目了然。

5、可以同时拥有多种不同的显示图形，汽车驾驶者可以根据自己的喜爱，随时更换适合自己的显示图形，也可以根据不同的道路情况选择与之相适应的显示图形。

对一般的汽车来说，安装一台本发明的数字图形化汽车仪表，就可以替代目前使用的全部常规仪表功能。也就是说安装了这种数字图形化汽车仪表的汽车，就不用再安装其他常规仪表了，完全代替原有的汽车仪表。当然汽车设计者，也可以根据不同汽车的需要，在一辆车上安装一台以上的这种数字图形化汽车仪表。本数字图形化汽车仪表也支持多显示面板。本数字图形化汽车仪表，可广泛用于各种型号的汽车上；也可用于履带式车辆上。

附图说明

图1：本发明硬件系统方框图；

图2：本发明功能模块运行流程示意图；

图3：本发明第二实施方式硬件系统方框图；

图4：本发明第二实施方式运行流程示意图；

图5：本发明第二实施方式中断处理程序模块运行流程示意图；

图6：本发明显示面板的一种具体实例图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

一、实施方式举例如下：

实施例1：

(一)总体构成：

参见图1，一种数字图形化汽车仪表，包括处理器1、内存2、参数采集模块3、显示驱动模块4、显示面板5、和软件即存放在所述内存中的功能模块，其中：

处理器1：采用低功耗，32位或32位以上并带有实时中断功能的嵌入式处理器(处理器是数字图形化汽车仪表的内核，它会影响到整个设计的每一个方面，选择好处理器是非常重要的，一定要选择各方面都适合设计要求的处理器，一般情况下不要选用低于32位的处理器)；

内存2：包括RAM和ROM，ROM用来存放软件和数据即存放功能模块之用，应根据存放的数据用途而选择最适合的ROM(包括普通的ROM、EEPROM、Flash Memory等)类型，在一个系统中可以同时使用多种不同的ROM，RAM常规内存，数据暂存，RAM的种类也比较多，应根据设计的要求选择与之相适合的RAM；

参数采集模块3：包括汽车CAN总线接口、A/D、计数器等模块，本模块的功能是采集参数；

显示驱动模块4：把需要在显示面板中显示的数据，转变成显示信号输出给显示面板；

显示面板5：显示参数和图形的装置(显示面板拟采用彩色显示面板，如彩色液晶显示面板、彩色发光液晶显示面板等，颜色一般应在16位(颜色还有24、32位等品种)以上)；

*用于数字图形化汽车仪表的所有元器件，必须采用符合汽车使用级的元器件。

在内存中存放的功能模块即所需软件，功能模块由参数采样程序模块、图形数据模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块、图形显示程序模块和控制程序模块组成，各模块的功能描述如下：

1、参数采样程序模块：对需要采样的参数进行采样，并对采样后需要处理的参数进行处理；

2、图形数据模块：显示图形数据、动态图形数量、动态图形数据、动态图形编号、动态图形变化算法等；

3、动态图形构造程序模块：从图形数据模块中读取对应的动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合其动态图形的变化算法构造动态图形数据；

4、图形组合程序模块：从图形数据模块读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据、显示图形数据等进行组合，构造显示图形；

5、图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

6、控制程序模块：对功能模块运行进行控制。

需要采样的参数，如：汽车行驶速度、行驶里程、发动机转速、水温、油量、转弯信号、车外气温等；

采样后需要处理的参数：通过参数采集模块中汽车CAN总线接口模块采样的参数，这些采样参数通常都在CAN总线控制器里已进行了各种处理，所以不需要再处理；通过参数采集模块中其他模块采集进来的参数则要经过处理，这些处理包括滤波、加权滤波、线性化处理等。

**参数在保存时应留有余地，如参数本身占两个字节长(16位)，那么保存时应该用三个字节甚至四个字节来保存，为以后增加功能提供方便。

如果有一个以上的参数需要显示，也就是说有多个动态图形，则所有动态图形的数据都要按照图形数据模块的存放格式进行存放；图形数据模块的建立方法在具体实施方式的第二部分中介绍。

(二)功能模块的运行步骤：参见图2

1)参数采样：调用参数采样程序模块(对需要采样的参数进行采样，并对采样后需要处理的参数进行处理)；

2)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块(从图形数据模块中读取对应的动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合其动态图形的变化算法构造动态图形数据)；

3)图形组合：调用图形组合程序模块(从图形数据模块读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据、显示图形数据等进行组合，构造显示图形)；

4)图形显示：调用图形显示程序模块(将构造好的显示图形输出显示)，返回第1)步。

(三)在功能模块中增加异常处理程序模块

功能模块中增加异常处理程序模块，就可以对参数和其他异常情况进行警告显示，

异常处理程序模块：对参数及相关的数据进行分析，如果有异常则设置相应的异常标示符并退出本模块(图形组合程序模块在组合显示图形时，就会把需要显示的警告提示组合进显示图形中相对应的显示区域)，没有异常则清除异常标示符。

有异常处理程序模块时功能模块的运行步骤：

1)参数采样：调用参数采样程序模块；

2)异常处理：调用异常处理程序模块(对参数及相关的数据进行分析，如果有异常则设置相应的异常标示符并退出本模块，没有异常则清除异常标示符)；

3)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块；

4)图形组合：调用图形组合程序模块；

5)图形显示：调用图形显示程序模块，返回第1)步。

实施例2：

本实施方式是在实施例1的基础上增加了用户输入按键6和声音输出驱动模块7，在功能模块中增加了中断处理程序模块(处理用户输入数据)、图形选择程序模块(这样本数字图形化汽车仪表就能存放多种显示图形)。

(一)总体构成：

参见图3，包括处理器1、内存2、参数采集模块3、显示驱动模块4、显示面板5、用户输入按键6、声音驱动模块7和软件即存放在所述内存中的功能模块，其中：

用户输入按键6：用于用户输入数据；

声音驱动模块7：声音输出，包括报警声音等；

在内存中存放的功能模块即所需软件：包括参数采样程序模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块、控制程序模块、图形显示程序模块、图形构造程序模块、中断处理程序模块、图形数据库模块和异常处理程序模块；为了下面叙述方便特引入了显示图形数据区(在实际程序设计中一般也是这样处理的)，显示图形数据区：存放显示图形数据和相关的各种数据，异常标识符等；

1、参数采样程序模块：对需要采样的参数进行采样，并对采样后需要处理的参数进行处理，保存采样参数；

2、动态图形构造程序模块：读取采样参数，从显示图形数据区中读取对应的动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合其动态图形的变化算法构造动态图形数据；

3、图形组合程序模块：从显示图形数据区读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据、其他需要显示的信息(如：异常提示等)和显示图形数据进行组合，构造显示图形；

4、图形显示程序模块：将构造好的显示图形输出显示；

5、图形选择程序模块：根据设置的默认图形，从图形数据库模块中读取该默认图形的全部数据，对这些数据进行整理、然后存放在显示图形数据区；

6、控制程序模块：对功能模块运行进行控制；

7、中断处理程序模块：对中断事件进行判断，根据不同的中断类型，进行相应的处理或调用相应的处理程序模块，参见图5；

8、异常处理程序模块：对参数及相关的数据进行分析，如果有异常则设置相应的异常标示符、发出警示声音、退出本模块，没有异常则清除异常标示符，关闭警示声音；

9、图形数据库模块：显示图形数据、动态图形数量、动态图形数据、动态图形编号、动态图形变化算法、显示图形编号等。

可以设计多个显示图形存放在图形数据模块中并编号，这样在一台数字图形化汽车仪表中能同时提供多种显示图形，让用户有更多的选择，也为以后增加新的显示图形和更换显示图形提供了方便。

(二)功能模块的运行步骤：(参见图4)

1)图形选择：调用图形选择程序模块(根据设置的默认图形，从图形数据库模块中读取该默认图形的全部数据，对这些数据进行整理、然后存放在显示图形数据区)；

2)参数采样：调用参数采样程序模块；

3)异常处理：调用异常处理程序模块(对参数及相关的数据进行分析，如果有异常则设置相应的异常标示符、发出警示声音、退出本模块，没有异常则清除异常标示符，关闭警示声音)；

4)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块；

5)图形组合：调用图形组合程序模块；

6)图形显示：调用图形显示程序模块，返回第2)步；

7)中断处理程序模块有效区：如图4所示第2)、3)、4)、5)和6)步为中断处理程序模块有效区，在有效区内产生的中断信号，立即响应，并进入中断处理程序模块。

(三)对功能模块中的中断处理程序模块流程进行描述：参见图5

8)改变图形：判断用户是否要求改变当前默认的显示图形？否，进入第15)步；

9)改变图形默认值：将用户选择的图形设置为默认图形，并保存；

10)图形选择：调用图形选择程序模块；

11)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块；

12)图形组合：调用图形组合程序模块；

13)图形显示：调用图形显示程序模块；

14)中断返回：中断返回；

15)其他处理：其他处理，返回第14)步。

其他处理，如：颜色变化，关闭部分显示参数等。

二、为了更加清楚地说明本发明，现对显示图形数据的构造和图形数据模块的建立作如下说明：

计算机图形处理是美术和现代科技结合的产物，任何能够想象并能描绘出来的图形，都可以经过计算机图形处理而得到。设计者可根据其设计的要求，设计相应的显示图形和建立图形数据模块；各种图形的设计方法都比较多。为了方便理解，这里用一种比较直观的、容易理解方式，描述图形数据的构造和图形数据模块的建立的过程：

1、在图纸上设计出整体图形(可以是彩图，也可以是黑白图)，也可以直接在电脑上设计，这样就不用再进行第2步；

2、用扫描仪将图形扫描到计算机里，成为数字图形；

3、在计算机上对数字图形进行修改、补充、颜色调配等处理，从而得到显示图形数据；

4、把显示图形中所有需要跟随其表示的参数变化而变化的动态图形全部复制出来，从而得到这些动态图形的动态图形数据，对这些复制出来的图形进行编号，得到动态图形编号；

5、根据动态图形在整个显示图形中的变化轨迹，计算出它们运动轨迹的数学函数，在用算法把数学函数表示出来，得到动态图形的变化算法；

6、把显示图形数据、动态图形数量、动态图形数据、动态图形编号、动态图形变化算法等等，按照图形数据模块设计的格式要求输入(移值)到图形数据模块中(在实施例2中因为可以同时存放多个显示图形数据，所以称为：图形数据模库模块)。

例：圆盘指针图形，其指针会跟随其表示的参数变化而变化，就需要把图中的指针复制出来，作为动态图形，根据指针在整个显示图形中的变化轨迹，能得出指针的运动半径和圆心，再设置一条穿过圆心并与水平面平行的线作为参照线，从而计算出指针在图形中相对参照线的起点夹角和终点夹角，这样就能得到指针的运行轨迹的数学函数，再算法来描述这种函数，就得到动态图形变化算法。

如果设计的动态图形，其图形形状或颜色本身也要随着其表示的参数变化而变化，(如：花儿开放，图形变大和变小，数字，变色等)，就要用算法描述其图形变化的规律(注：没有规律的穷举法其实也是一种规律)，并结合其运动轨迹而得到这种动态图形变化算法。

三、为了有助于更进一步理解本发明可以完成的功能，现用一种具体实例来说明：

图6是在一个显示面板上用图形指针和数字混合显示的显示图形，显示图形可以设计成任何形式的图形，并不一定就是本图这种图形。在本显示图形中同时显示了汽车的行驶速度、行驶里程、总里程、现时油耗、平均油耗、估计里程、车外气温、车内气温、发动机转速、油量、水温、转弯指示，图中上面的六个方框可以用作汽车行驶时的档位、手刹等等的显示和警示，也可以用作异常报警的提示；在本例中使用了中文显示(根据不同的用户也可以使用其他文字)，使汽车驾驶者看得更清楚。下面结合本发明来简单的描述一下本实例的完成过程：

1、信号采样方法：

行驶里程，行驶速度：通过参数采集模块的计数器模块(计数器的输入端连接速度里程传感器)采样，或者通过汽车CAN总线接口采样；

油量：通过参数采集模块的A/D(A/D输入端连接信号调理器)模块采样；

车内温度、车外气温、水箱温度：通过参数采集模块的数字输入模块(数字输入端连接数字温度传感器)采样，或者通过汽车CAN总线接口采样；

发动机转速：通过参数采集模块数字输入模块(数字输入端连接车载发动机ECU)采样，或者通过汽车CAN总线接口采样。

2、参照本发明具体实施方式中第二部分的方法，调配颜色并建立图6的显示图形数据、动态图形数量、动态图形数据、动态图形变化算法等，然后存入图形数据模块；

3、参照本发明具体实施方式中第一部分的方法，设计需要的硬件部分；

4、参照本发明具体实施方式中第一部分的方法，设计功能模块和功能模块中的程序模块部分，然后编制程序；

通过上面几步，就能实现如图6的汽车仪表所要完成的功能。

其中：汽车行驶速度、发动机转速、油量是同时用指针和数字显示；

行驶里程：本次行驶的里程数，用户可以随时清零后，重新记数；

总里程：汽车出厂后行驶的总里程数；

现时油耗：组合参数，此时此刻汽车行驶时的100公里油耗；

平均油耗：组合参数，本次行驶里程数的平均油耗；

估计里程：组合参数，根据现在的油量，按照平均油耗计算出的汽车还能行驶的距离；

因为是用图形指针模拟指针式仪表，所以这里指针的圆心是虚拟的，设计者完全可以把指针设计成其他任何形式。

Claims (6)

1、一种数字图形化汽车仪表，包括处理器(1)、内存(2)、参数采集模块(3)、显示驱动模块(4)、显示面板(5)和存放在所述内存中的功能模块，所述功能模块包括：参数采样程序模块，其特征在于，所述功能模块还包括：图形数据模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块、图形显示程序模块和控制程序模块；其中，

a)图形数据模块：显示图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法；

b)动态图形构造程序模块：从图形数据模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合动态图形的变化算法构造动态图形数据；

c)图形组合程序模块：从图形数据模块中读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据和显示图形数据进行组合，构造显示图形；

d)图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

e)控制程序模块：对功能模块运行进行控制。

2、根据权利要求1所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块按照如下步骤运行：

1)对需要采样的参数进行采样；

2)从图形数据模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据采样参数的变化并结合动态图形的变化算法构造动态图形数据；

3)从图形数据模块中读取显示图形数据，将构造好的动态图形数据和显示图形数据进行组合，构造显示图形；

4)将显示图形输出显示，返回第1)步。

3、根据权利要求1或2所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，在所述功能模块中增加异常处理程序模块，对参数及相关的数据进行分析，如果有异常则设置相应的异常标示符并退出本模块，没有异常则清除异常标示符；

所述功能模块按照如下步骤运行：

1)对需要采样的参数进行采样；

2)调用异常处理程序模块；

3)调用动态图形构造程序模块；

4)调用图形组合程序模块；

5)调用图形显示程序模块，返回第1)步。

4、根据权利要求3所述的数字图形化汽车仪表，增加了用户输入按键(6)和声音输出驱动模块(7)，其特征在于，所述功能模块中增加图形选择程序模块和中断处理程序模块；其中，

图形选择程序模块：根据设置的默认图形，从图形数据库模块中读取该默认图形的全部数据，对这些数据进行整理、然后存放在显示图形数据区；

中断处理程序模块：对中断事件进行判断，根据不同的中断类型，进行相应的处理或调用相应的处理程序模块；

5、根据权利要求4所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块按照如下步骤运行：

1)图形选择：调用图形选择程序模块；

2)参数采样：调用参数采样程序模块；

3)异常处理：调用异常处理程序模块；

4)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块；

5)图形组合：调用图形组合程序模块；

6)图形显示：调用图形显示程序模块，返回第2)步；

7)中断处理程序模块有效区：第2)、3)、4)、5)和6)步为中断处理程序模块有效区，在有效区内产生的中断信号，立即响应，并进入中断处理程序模块。

6、根据权利要求5所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块中的中断处理程序模块按照如下步骤运行：

8)改变图形：判断用户是否要求改变当前默认的显示图形？否，进入第15)步；

9)改变图形默认值：将用户选择的图形设置为默认图形，并保存；

10)图形选择：调用图形选择程序模块；

11)动态图形构造：调用动态图形构造程序模块；

12)图形组合：调用图形组合程序模块；

13)图形显示：调用图形显示程序模块；

14)中断返回：中断返回；

15)其他处理：其他处理，返回第14)步。

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