CN1800789A - 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、图形数据库模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块和图形显示程序模块。本发明是利用动态图形在显示面板上显示汽车的各种参数，使数字图形化汽车仪表具有显示色彩丰富，显示精度高，显示画面美观，整体稳定性高，能显示各种文字，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、刹车信号、车外气温等参数，也能进行多参数组合处理而提供更有价值的显示参数；能在一台汽车仪表中同时提供多种显示图形，供用户选用。

Description

数字图形化汽车仪表

技术领域

本发明涉及一种汽车仪表，具体涉及一种用数字图形方式表示汽车参数的数字图形化汽车仪表。

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，二是以数字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(包括步进电机式仪表)属于机械类型的设备，因而存在显示精度不高，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，显示单调乏味等方面的缺陷；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，不得不增加更多的设备，使这方面的缺陷就更加突出。

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，而提供一种能同时克服前述机械仪表和数字仪表缺陷的数字图形化汽车仪表；数字图形化汽车仪表是利用动态图形在显示面板上显示汽车的各种参数，使汽车仪表显示画面丰富而美观，整体稳定性提高。

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：图形数据库模块、参数采样程序模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块和图形显示程序模块；其中，

a.图形数据库模块：背景图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法；

b.参数采样程序模块：对需要采样的参数进行采样；

c.动态图形构造程序模块：从图形数据库模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据动态图形变化算法并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据；

d.图形组合程序模块：从图形数据库模块中读取背景图形数据，将动态图形显示数据和背景图形数据进行组合，构造显示图形；

e.图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

所述功能模块按照如下步骤运行：

1)参数采样程序模块；

2)动态图形构造程序模块；

3)图形组合程序模块；

4)图形显示程序模块。

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显示参数的变化，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。相比现有技术本发明具有如下优点：

1.本发明是采用计算机数字图形处理技术和嵌入式计算机软件技术而设计的汽车仪表，可以在其显示面板上，用各种图形方式显示参数，用数字方式显示参数，用多种图形方式混合显示参数，还可以用多种图形方式同时显示同一个参数；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在本发明中通过软件来完成，使以前许多用硬件难以解决的或者根本不能解决的问题，而采用软件技术而得以很好的解决。

3.由于使用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，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显示一个参数，更可以同时显示多种参数，如在一块显示面板上可以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；也能进行多参数组合处理而提供更有价值的显示参数；由于可以用文字显示，使驾驶者对各种显示和提示更加清楚。

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，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。

本数字图形化汽车仪表，可广泛用于各种型号的汽车上。

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：本发明功能模块连续运行流程示意图；

图4：本发明实施方式2硬件系统方框图；

图5：本发明实施方式2运行流程示意图；

图6：本发明实施方式2中断处理程序模块运行流程示意图；

图7：本发明实施例的面板显示示意图。

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、实施方式如下：

实施方式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、和存放在所述内存中的功能模块(即：软件)，其中，

处理器1：应采用低功耗，32位或32位以上的嵌入式处理器(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：存放存放功能模块和数据，包括ROM、Flash Memory，RAM等；

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(应根据不同的车型对参数采集模块中的CAN、A/D等模块进行增加和裁减；部分汽车本身载有数字化的参数采集器，用于这类汽车的参数采集模块中应配置与其参数采集器相适应的接口，从参数采集器采集，如通过CAN总线接口采集等)；

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，如可以选用彩色液晶显示面板、OLED显示面板等)；

存放在内存中的功能模块(即软件)：包括图形数据库模块、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、图形显示程序模块和参数处理程序模块，其中，

1.图形数据库模块：背景图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法；

2.参数采样程序模块：对需要采样的参数进行采样；

3.动态图形构造程序模块：从图形数据库模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据动态图形变化算法并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据；

4.图形组合程序模块：从图形数据库模块中读取背景图形数据，将动态图形显示数据和背景图形数据进行组合，构造显示图形；

5.图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

6.参数处理程序模块：对需要处理的采样参数进行处理；

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、车外气温等。采样后需要处理的参数：部分汽车本身载有数字化的参数采集器，通过车载数字化的参数采集器采集的参数，一般不需要再进行参数处理；通过其他方式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。

图形数据库模块用来存放背景图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法，其建立方法在具体实施方式的第二部分中专门介绍。

(二)功能模块运行步骤：

1.不需要对采样参数进行处理时功能模块的运行步骤(参见图2)：

1)参数采样程序模块(对需要采样的参数进行采样)；

2)动态图形构造程序模块(从图形数据库模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据动态图形变化算法并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据)；

3)图形组合程序模块(从图形数据库模块中读取背景图形数据，将动态图形显示数据和背景图形数据进行组合，构造显示图形)；

4)图形显示程序模块(将显示图形输出显示)。

括号中的内容是该括号前面的程序模块本身包括的运行步骤，为了叙述简明，只对功能模块运行步骤中第一次涉及到的程序模块，在其后面的括号中描述该模块本身的运行步骤。

上述功能模块的运行步骤是一个完整的运行步骤，即该步骤完成了从采样到显示的一个完整的运行周期。而汽车在运行中，需要汽车仪表不停的从一个运行周期到下一个运行周期的不间断运行，也就是需要功能模块连续运行，所述功能模块的连续运行步骤如下(参见图3)：

1)参数采样程序模块；

2)动态图形构造程序模块；

3)图形组合程序模块；

4)图形显示程序模块，返回第1)步。

2.需要对采样参数进行处理时功能模块的连续运行步骤如下：

1)参数采样程序模块；

2)参数处理程序模块(对需要处理的采样参数进行处理)；

3)动态图形构造程序模块；

4)图形组合程序模块；

5)图形显示程序模块，返回第1)步。

(三)多个动态图形：

本数字图形化汽车仪表可以同时处理和显示多个参数，即有多个动态图形，则功能模块中图形数据库模块的存储内容和动态图形构造程序模块的运行步骤如下：

图形数据库模块：背景图形数据、动态图形数据(j)、动态图形变化算法(j)，(其中：(j＝1，2，…，n)，n为动态图形数量)；

动态图形构造程序模块：

①j＝1，

②从图形数据库模块中读取动态图形数据(j)和动态图形变化算法(j)，

③根据动态图形变化算法(j)并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据(j)，

④j＝j+1，j≤n时返回第②步。

有多个动态图形时所述功能模块的连续运行步骤如下：

1)参数采样程序模块；

2)动态图形构造程序模块(①j＝1，②从图形数据库模块中读取动态图形数据(j)和动态图形变化算法(j)，③根据动态图形变化算法(j)并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据(j)，④j＝j+1，j≤n时返回第②步)；

3)图形组合程序模块；

4)图形显示程序模块，返回第1)步。

实施方式2：

本实施方式是在实施方式1的基础上增加了输入按键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、异常处理程序模块和组合参数程序模块。

(一)总体构成：

参见图4，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、输入按键6、声音驱动模块7和存放在内存中的功能模块，其中：

输入按键6：用于用户输入数据(为人车对话和用户选择显示图形画面提供了方便)；

声音驱动模块7：声音输出，包括报警声音等；

存放在内存中的功能模块(即软件)：包括图形数据库模块、参数采样程序模块、动态图形构造程序模块、组合参数程序模块、中断处理程序模块、异常处理程序模块、图形组合程序模块、图形显示程序模块和参数处理程序模块，其中，

1、图形数据库模块：背景图形数据(i)、动态图形数据(i，j)、动态图形变化算法(i，j)，(其中：(j＝1，2，…，n)，n为动态图形数量；(i＝1，2，…，m)，m为显示图形数量)；

2、组合参数程序模块：组合参数处理(组合参数如：平均油耗＝行驶里程÷(出发时油量-现在油量)，估计里程＝平均油耗×100KM等)；

3、动态图形构造程序模块：

①j＝1，

②从图形数据库模块中读取动态图形数据(k，j)和动态图形变化算法(k，j)，

③根据动态图形变化算法(k，j)并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据(j)，

④j＝j+1，j≤n时返回第②步(k为默认显示图形编号，即指定的i值，出厂时设置或由用户设置，用户设置方法参见实施方式2第(三)部分)；

4、图形组合程序模块：从图形数据库模块中读取背景图形数据(k)，将全部动态图形显示数据和背景图形数据(k)进行组合，构造显示图形；

5、中断处理程序模块：(对中断事件进行判断并进行相应的处理，其运行步骤在实施方式2第(三)部分介绍)；

6、异常处理程序模块：①对参数及相关数据进行分析，②没有异常则进入第③步，设置相应的异常标示符，发出警示声音，退出本模块，③清除异常标示符，关闭警示声音。

(二)功能模块的运行步骤(参见图5)：

1)参数采样程序模块；

2)参数处理程序模块；

3)异常处理程序模块(①对参数及相关数据进行分析，②没有异常则进入第③步，设置相应的异常标示符，发出警示声音，退出本模块，③清除异常标示符，关闭警示声音)；

4)组合参数程序模块；

5)动态图形构造程序模块；

6)图形组合程序模块；

7)图形显示程序模块，返回第1)步；

8)中断处理程序模块有效区：第1)、2)、3)、4)、5)、6)和7)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。

其中：不需要组合参数的汽车，不用步骤3)组合参数程序模块；不需要对采样参数进行处理的汽车，不用步骤2)参数处理程序模块。

(三)功能模块中的中断处理程序模块运行步骤如下(参见图6)：

9)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；

10)将用户选择的显示图形设置为默认显示图形(即k＝默认图形编号)；

11)动态图形构造程序模块；

12)图形组合程序模块；

13)图形显示程序模块；

14)中断返回；

15)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、图形数据库模块的建立方法：

图形的设计方法比较多，为了方便理解，这里用一种比较直观、容易理解和实现的方式，来描述图形数据库模块的建立方法：

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，直到达到设计效果的数字图形；

4、把数字图形中所有需要跟随其表示参数变化而变化图形的动态图形全部剪切出来，从而得到这些动态图形的动态图形数据；对动态图形数据进行编号，可以这样编号：动态图形数据(j)，表示第j号动态图形数据(其中：(j＝1，2，…，n)，n表示动态图形数量)；

5、根据动态图形在整个显示图形中的变化轨迹，推出它们运动轨迹的数学函数，再用算法把数学函数表示出来，得到动态图形变化算法；对动态图形变化算法进行编号：动态图形变化算法(j)，表示第j号动态图形变化算法(其中：(j＝1，2，…，n)，n表示动态图形数量)；

6、把数字图形中所有被剪切后的空白处用与其相应的背景图形填补好，使数字图形成为一个完整的整体图形，从而得到背景图形数据；

7、把背景图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法，按照图形数据库模块设计的格式要求输入(移值)到图形数据库模块中。

动态图形变化算法例：圆盘指针图形，其指针会跟随其表示参数的变化而变化，就需要把图中的指针剪切出来，作为动态图形数据，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，再用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参数的变化而变化，(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，而且在图形变化描述中这种方法用得很多)，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，现用一个实施例来说明：

图7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(公知技术)：

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，或者通过汽车CAN总线接口采样；

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：通过参数采集模块的数字输入模块(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、参照本发明实施方式1或实施方式2，设计需要的硬件部分，数字图形化汽车仪表的硬件部分，实际上就是一种具有特殊要求(必须满足车用标准)的嵌入式系统，其设计方法是公知技术。

3、将图7扫描到计算机中，参照本发明具体实施方式中第二部分的方法，就能得到背景图形数据、动态图形数据(j)、推算出各个动态图形变化算法(j)，(其中j＝1，2，…，n)，本实施例中共有16个动态图形(注：数字显示也是一种动态图形)，所以n＝16，包括时间和转弯信号，但不包括图7中上面的六个方框，最后按照设定的格式把背景图形数据、动态图形数据(j)、动态图形变化算法(j)存入图形数据库模块；

4、参照本发明具体实施方式1和实施方式2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，其功能模块运行步骤如下：

1)参数采样程序模块；

2)参数处理程序模块；

3)异常处理程序模块；

4)组合参数程序模块；

5)动态图形构造程序模块；

6)图形组合程序模块；

7)图形显示程序模块，返回第1)步。

如果所有需要采集的参数都是从CAN总线采集，并且已经进行了数字化等方面处理，就不需要步骤2)参数处理程序模块；通过上面几步，就能实现显示画面如图7所示的汽车仪表功能。

在本实施例中，汽车行驶速度、发动机转速、油量是同时用指针和数字显示；其中，

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；

因为是用数字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 (10)

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，其特征在于，所述功能模块包括：图形数据库模块、参数采样程序模块、动态图形构造程序模块、图形组合程序模块和图形显示程序模块，其中，

a.图形数据库模块：背景图形数据、动态图形数据、动态图形变化算法；

b.参数采样程序模块：对需要采样的参数进行采样；

c.动态图形构造程序模块：从图形数据库模块中读取动态图形数据和动态图形变化算法，根据动态图形变化算法并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据；

d.图形组合程序模块：从图形数据库模块中读取背景图形数据，将动态图形显示数据和背景图形数据进行组合，构造显示图形；

e.图形显示程序模块：将显示图形输出显示；

所述功能模块按照如下步骤运行：

1)参数采样程序模块；

2)动态图形构造程序模块；

3)图形组合程序模块；

4)图形显示程序模块。

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，所述功能模块连续运行步骤如下：

1)参数采样程序模块；

2)动态图形构造程序模块；

3)图形组合程序模块；

4)图形显示程序模块，返回第1)步。

3.根据权利要求2所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，有多个动态图形，所述功能模块中的图形数据库模块：背景图形数据、动态图形数据(j)、动态图形变化算法(j)(其中：(j＝1，2，…，n)，n为动态图形数量)。

4.根据权利要求3所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块中的动态图形构造程序模块：

①j＝1，

②从图形数据库模块中读取动态图形数据(j)和动态图形变化算法(j)，

③根据动态图形变化算法(j)并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据(j)，

④j＝j+1，j≤n时返回第②步。

5.根据权利要求4所述的数字图形化汽车仪表，增加了声音驱动模块(7)，其特征在于，所述功能模块增加了异常处理程序模块：①对参数及相关数据进行分析，②没有异常则进入第③步，设置相应的异常标示符，发出警示声音，退出本模块，③清除异常标示符，关闭警示声音。

6.根据权利要求5所述的数字图形化汽车仪表，增加了输入按键(6)，其特征在于，有多个显示图形，所述功能模块中的图形数据库模块：背景图形数据(i)、动态图形数据(i，j)、动态图形变化算法(i，j)(其中：(j＝1，2，…，n)，n为动态图形数量；(i＝1，2，…，m)，m为显示图形数量)。

7.根据权利要求6所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块中动态图形构造程序模块：

①j＝1，

②从图形数据库模块中读取动态图形数据(k，j)和动态图形变化算法(k，j)，

③根据动态图形变化算法(k，j)并结合其表示参数的变化构造动态图形显示数据(j)，

④j＝j+1，j≤n时返回第②步(其中：k为指定的i值)。

8.根据权利要求7所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块中增加了中断处理程序模块，

所述功能模块按照如下步骤运行：

1)参数采样程序模块；

2)异常处理程序模块；

3)组合参数程序模块；

4)动态图形构造程序模块；

5)图形组合程序模块；

6)图形显示程序模块，返回第1)步；

7)中断处理程序模块有效区：第1)、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。

9.根据权利要求8所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述中断处理程序模块按照如下步骤运行：

8)判断用户是否要求改变当前默认的显示图形？否，进入第14)步；

9)将用户选择的显示图形设置为默认显示图形；

10)动态图形构造程序模块；

11)图形组合程序模块；

12)图形显示程序模块；

13)中断返回；

14)其他处理，返回第13)步。

10.根据权利要求2所述的数字图形化汽车仪表，其特征在于，所述功能模块还包括参数处理程序模块：对需要处理的采样参数进行处理；所述功能模块运行步骤如下：

1)参数采样程序模块；

2)参数处理程序模块；

3)动态图形构造程序模块；

4)图形组合程序模块；

5)图形显示程序模块，返回第1)步。

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