CN201457084U - 一种汽车智能组合仪表 - Google Patents

Abstract

一种汽车智能组合仪表，包括采集控制模块、显示模块和外围电路模块，显示模块和外围电路模块均与采集控制模块相连，采集控制模块包括主处理器和输入输出模块，输入输出模块与主处理器相连，显示模块包括显示接口模块和显示处理器，显示接口模块与显示处理器相连，采集控制模块包括模拟量采样复用电路，所述模拟量采样复用电路包括电阻网络调整电路和模拟量复用输入信号前级处理电路，经过电阻网络调整电路调整后的输入信号，经模拟量复用输入信号前级处理电路选择，传输至采集控制模块的主处理器。本实用新型适用性强，可以控制多种车载设备工作，增强了仪表对汽车的控制能力和故障诊断能力，满足了汽车仪表高可靠、高集成、智能化的需求。

Description

一种汽车智能组合仪表

技术领域

本实用新型涉及一种汽车智能仪表，尤其是一种应用于汽车电子应用技术领域具备模拟量采样复用和多种接口的汽车智能组合仪表，该仪表装置也可以应用于其他类似的工业领域。

背景技术

传统的汽车组合式仪表，各种工况和告警信号由传感器通过线束送到组合仪表和其它需要该信号的模块。这种仪表线束较多，显示内容单一。无法满足汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。

现在的汽车仪表也有以微处理器、针式仪表盘、CAN总线、指示灯、带记录存储功能的仪表，但是，这种汽车仪表没有模拟量采样复用、24V功率输出、K_LINE诊断接口、大容量存储。模拟量采样复用可以实现电流、电压、电阻信号采样的复用，通过硬件调整可以设置单个采样端口的采样信号类型，适应多种传感器，提高产品的适应性。24V功率输出功能可以控制车载蜂鸣器，雨刮器等设备工作。K_LINE诊断接口可以接发动机的K_LINE接口，直接作为故障诊断设备实时获取发动机故障诊断信息。

因此，开发一种带有模拟量采样复用、24V功率输出、K_LINE诊断接口、大容量存储的总线式汽车智能组合仪表，就能够满足汽车仪表满足汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有汽车仪表的不足，提供一种具备模拟量采样复用等多种功能的总线式汽车智能组合仪表，以达到满足汽车仪表满足汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化需求的目的。

按照本实用新型，上述技术问题是通过下述技术方案来实现的：

一种汽车智能组合仪表，包括采集控制模块、显示模块和外围电路模块，显示模块和外围电路模块均与采集控制模块相连，采集控制模块包括主处理器和输入输出模块，输入输出模块与主处理器相连，显示模块包括显示接口模块和显示处理器，显示接口模块与显示处理器相连，采集控制模块包括模拟量采样复用电路，所述模拟量采样复用电路包括电阻网络调整电路和模拟量复用输入信号前级处理电路，经过电阻网络调整电路调整后的输入信号，经模拟量复用输入信号前级处理电路选择，传输至采集控制模块的主处理器。

作为本实用新型进一步的实施方式，采集控制模块的输入输出模块包括K_LINE接口模块，K_LINE接口模块包括K_LINE转RS232芯片、逻辑芯片和外围电路，逻辑芯片和外围电路与K_LINE转RS232芯片相连，K_LINE转RS232芯片与主处理器相连，K_LINE转RS232芯片用于实现K_LINE总线与RS232总线之间的数据转换功能。

作为本实用新型进一步的实施方式，智能组合仪表包括开关量输入输出控制模块，所述开关量输入输出控制模块基于SPI总线，包括SPI接口控制芯片和MOSFFT输出控制芯片，SPI接口控制芯片与MOSFFT输出控制芯片相连，SPI接口控制芯片和MOSFFT输出控制芯片均与采集控制模块主处理器相连，主处理器通过SPI接口电路芯片驱动MOSFFT输出控制芯片高端输出功率MOSFET开关，实现8路开关量输出.

作为本实用新型进一步的实施方式，所述采集控制模块的主处理器完成汽车仪表的数据运算和处理，所述输入输出模块包括步进电机模块，所述主处理器通过模拟量采样复用电路进行模拟量采样采集模拟量传感器信息，通过频率量采样采集车速传感器和转速传感器的信息，经过运算和处理，驱动步进电机模块并在汽车智能组合仪表上显示。

作为本实用新型进一步的实施方式，采集控制模块的输入输出模块包括CAN总线接口模块，所述汽车智能组合仪表通过CAN总线接口模块接收来自车身CAN总线通讯模块发送的汽车车身状态信息，通过串行总线接收来自K_LINE接口模块的发动机故障诊断信息，经过运算和处理，通过串行总线将数据发送给显示模块的显示处理器，再由显示处理器将汽车车身的状态信息通过TFT LCD显示驱动模块在液晶屏上显示，并将汽车行驶的关键信息和故障信息存储到电子盘模块中。

作为本实用新型进一步的实施方式，采集控制模块的主处理器接收通过SPI总线由SPI接口控制芯片传送过来的开关量输入信号，并通过SPI总线控制LED指示灯电路LED指示灯的点亮或熄灭，并输出24V功率控制雨刮器和蜂鸣器工作。

作为本实用新型进一步的实施方式，采集控制模块的主处理器采用飞思卡尔面向汽车智能仪表应用的增强型单片机MC9S12XHZ512。

通过应用此种实用新型所描述的装置，模拟量采样复用可以实现电流、电压、电阻信号采样的复用，可以适用于多种传感器，提高了仪表系统的灵活性。24V功率输出可以控制车载蜂鸣器，雨刷等设备工作，增强了仪表系统对汽车车身的控制能力。K_LINE诊断口可以接发动机的K_LINE口，直接作为故障诊断设备实时获取发动机故障诊断信息，很好地满足了汽车仪表高抗干扰能力、高可靠性、高集成度、多功能和智能化的需求。

附图说明

图1为本实用新型整体结构组成框图；

图2为本实用新型采集控制输入输出模块部分模拟量采样复用电路原理图；

图3为本实用新型开关量输入输出控制模块部分电路原理图；

图4为本实用新型K_LINE接口模块部分电路原理图；

其中：1-采集控制模块，2-显示模块，3-输入输出模块，4-显示接口模块，5-外围电路模块，6-开关量输入输出控制模块，7-LED背光灯模块，8-5V电压输出模块，9-电阻网络调整电路，10-模拟量复用输入信号前级处理电路，21-USB接口模块，22-TFTLCD显示驱动模块，23-FLASH模块，24-电子盘模块，25-RAM模块，31-电源模块，32-步进电机模块，33-RS232接口模块，34-CAN总线接口模块，35-K_LINE接口模块，36-模拟量采样复用电路，37-车速信号整形电路，38-转速信号整形电路，51-时钟电路，52-键盘电路，61-开关量输入电路，62-LED指示灯电路，63-MOSFET高端输出电路，U1-主处理器，U50-显示处理器。

具体实施方式：

附图给出了本实用新型的具体实施例，下面将通过附图和实施例对本实用新型作进一步的描述.

作为该汽车智能组合仪表一种较佳的实施方式，如图1的系统组成结构框图所示，该汽车智能组合仪表，主要包括采集控制模块1、显示模块2，采集控制模块1又包括主处理器U1、输入输出控制模块3、步进电机模块32、CAN总线接口模块34、K_LINE接口模块35、模拟量采集复用电路36等。采集控制模块主处理器为U1，外围均使用工业级器件，实现对键盘、时钟、步进电机、RS232串口、CAN总线、K_LINE总线、模拟量、开关量输入以及LED灯控制、24V功率输出。其中CAN通讯接口芯片为U2，K_LINE通信芯片为U3，频率量输入处理芯片为U20、U21，模拟量复用输入信号前级处理芯片为U22，开关量输入采集芯片为U8、U9、U10、U11，指示灯控制输出芯片为U12、U13、U14、U15，24V功率输出控制芯片为U16、U17、U18。显示模块2显示处理器为U50，外围均使用工业级器件，实现显示屏驱动、USB接口、RAM、FLASH的控制。其中FLASH芯片采用U5，RAM芯片为U7，电子盘为U25。

主处理器U1采用飞思卡尔公司推出的一款面向汽车仪表应用的增强型单片机MC9S12XHZ512，该芯片内置512KB的FLASH存储和32KB的RAM，对外提供的接口包括：2路CAN通讯接口、2路RS232通讯接口、1路SPI总线接口、2路I²C总线接口、6路步进电机控制接口、8路输入捕捉及8路PWM波输出接口等。主处理器U1能够实现以下功能：采集相关模拟量、频率量和数字IO量；控制步进电机，驱动四路模拟仪表；提供电压功率输出；根据输入信号，点亮指示标识LED灯和背光LED灯；提供RS232串行通信接口、CAN接口、K_LINE接口和USB接口；驱动彩显TFT液晶屏进行车载信息的综合显示；模拟量采集复用电路36的模拟量采集接口具备电流、电压、电阻采样复用的能力。采集控制模块1完成人机输入信号、各种I/O量信号，频率量、模拟量传感器信号以及CAN总线、K_LINE总线数据的采集并处理，根据处理结果对指示灯、指针等仪表功能部件进行控制。将采集的信息通过串行总线发送至显示模块2，进行显示。采集控制模块1主处理器U1通过串行通信端口与显示模块2的显示处理器U50通信，交换数据。采集控制模块1主处理器U1与电源电路、PLL电路、复位电路、晶振电路及BDM接口电路一起构成最小系统，与外围扩展接口芯片一起完成总线式汽车智能组合仪表系统的数据采集、数据处理功能。微处理器U1通过自身的步进电机控制端口直接驱动4路步进电机工作。微处理器U1采用模拟比较器芯片对输入频率量信号进行信号整形、回滞处理，并进行电平转换后送入主处理器的输入捕捉模块进行频率量的采集。

显示模块2通过串行通信总线接收采集控制模块发送的载车信息，并驱动TFT彩显液晶屏进行显示，同时显示模块具备32M以上的工况存储空间，能够进行工况和配置信息的存储，供事后故障分析和责任认定。显示模块2的显示处理器U50与电源电路、PLL电路、复位电路、晶振电路及BDM接口电路一起构成最小系统，与外围扩展接口芯片一起完成总线仪表系统的信息显示、数据存储功能。外围功能单元包括USB接口模块21，TFT LCD显示驱动模块22，FLASH模块23，电子盘模块24，RAM模块25。微处理器U50自带TFT控制器，可直接驱动TFT-LCD液晶屏；自带USB2.0控制器，实现USB接口功能。FLASH芯片U5，通过显示处理器U50的EBI接口实现该芯片的读写访问。SDRAM芯片U7，通过显示处理器U50的EBI接口实现该芯片的读写访问。电子盘模块24的电子盘U25，通过显示处理器U50的EBI接口实现该芯片的读写访问。

模拟量采集复用电路36可以提供8路电压、电流、电阻采样复用接口，通过硬件调整可以设定该端口采集的信号类型，可以适应电压、电流和电阻型传感器.其中电压采样范围0-5V；电流采样范围4-20mA；电阻采样范围0-1000Ω.开关量输入输出控制模块是基于SPI总线的输入输出控制模块，可以实现32路开关量输入、32路LED灯输出控制、8路MOSFET输出控制.其中24V功率输出即由MOSFET输出实现.24V功率输出电压输出信号，其中6路负载5-10W，2路负载24-36W.K_LINE诊断单元通常都是作为单独的模块进行配置，在汽车仪表中直接加入K_LINE诊断口，即提供1路符合ISO14250(KWP2000)协议的K_LINE接口，可以接发动机的K_LINE口，直接获取发动机故障诊断信息，满足汽车仪表高集成度、多功能的要求.

如图2本实用新型采集控制输入输出模块部分模拟量采样复用电路原理图所示，汽车智能组合仪表的模拟量采样复用电路，主要由8路电阻网络调整电路9、模拟量复用输入信号前级处理电路10主芯片U22、滤波电路以及电平转换电路组成。其中一路电阻网络调整电流信号采样调整电路由AIN_CH0-、AIN_CH0+、R298、ADS1A组成；电压信号采样调整电路由AIN_CH0-、AIN_CH0+、R303、ADS1A、AGND组成；电阻信号采样调整电路由AIN_CH0-、AIN_CH0+、R297、ADS1A组成。采集控制模块1主处理器U1通过模拟量采样复用电路36的电阻网络调整实现电流、电压、电阻信号采样的复用。电阻网络调整后的输入信号，经模拟量复用输入信号前级处理芯片为U22选择，再进行滤波及电平转换。如图所示，AD_S1A接U22的S1A引脚，AIN_CH0-接U22的S1B引脚，AD_S2A接U22的S2A引脚，AIN_CH1-接U22的S2B引脚，依此类推，U22芯片共可接入8路模拟量信号。AIN_CH0接U1的PAD0/KWAD0/AN0引脚，AD707_A0接U1的81引脚，AD707_A1接U1的82引脚，AD707_A2接U1的83引脚。由U1内部的A/D转换功能模块实现模拟量数据采样。

如图3本实用新型开关量输入输出控制模块部分电路原理图所示，开关量输入输出控制模块6包括SPI接口控制芯片U16，MOSFFT输出控制芯片U17、U18，以及MOSFET开关电路。SPI接口控制芯片U16与MOSFFT输出控制芯片U17、U18相连，SPI接口控制芯片U16和MOSFFT输出控制芯片U17、U18均与采集控制模块1主处理器U1相连，主处理器U1通过SPI接口电路芯片U16驱动MOSFFT输出控制芯片U17、U18高端输出功率MOSFET开关，实现8路开关量输出。SPI接口控制芯片U16的15、1、2、3脚分别通过电阻R271、R272、R273、R274接MOSFFT输出控制芯片U17的3、5、7、9脚，U16的4、5、6、7脚分别通过电阻R288、R289、R290、R291接MOSFFT输出控制芯片U18的3、5、7、9脚，U16的8脚接地，U16的10、12、13脚接主处理器U1的3、4、2脚，U16的16脚接高电平VCC。MOSFFT输出控制芯片U17的4、8脚通过电阻R275、R276接主处理器U1的102、101脚，U17的1、10、11、12、15、16、19、20脚接+24VCC。MOSFFT输出控制芯片U18的4、8脚通过电阻R292、R293接主处理器U1的100、99脚，U18的1、10、11、12、15、16、19、20脚接+24VCC。

如图4本实用新型K_LINE接口模块部分电路原理图所示，K_LINE接口模块电路主要包括K_LINE转RS232芯片U3、逻辑芯片U30和外围电路。采集控制模块1主处理器U1的39引脚连接芯片U30的2引脚，U1的38引脚通过电阻R32连接K_LINE转RS232芯片U3的6引脚。逻辑芯片U30的4引脚通过电阻R31连接芯片U3的5引脚，3脚接地，5脚接高电平VCC。K_LINE转RS232芯片U3的1脚直接接高电平VCC，2、3脚通过X2、C36、C37接地，4脚通过电阻R33接高电平VCC，14脚接地。K_LINE通讯接口电路通过U3芯片实现K_LINE总线(基于KWP2000协议)与RS232总线之间的数据转换功能。

该汽车智能组合仪表的工作原理与工作过程是，采集控制模块1的主处理器U1完成汽车仪表的数据运算和处理，它可以通过模拟量采样采集模拟量传感器信息，通过频率量采样采集车速传感器和转速传感器的信息，经过运算和处理，在步进电机上显示。通过CAN总线通讯接口接收来自车身CAN总线通讯模块发送的汽车车身的状态信息，通过串行总线接收K_LINE端口的发动机故障诊断信息，经过运算和处理，通过串行总线将数据发送给显示模块微处理器U50再由U50将汽车车身的状态信息在液晶屏上显示，并将汽车行驶的关键信息和故障信息存储到电子盘中。采集控制模块的微处理器U1接收SPI总线传送过来的开关量输入信号，并可通过SPI总线控制LED指示灯点亮或熄灭，输出24V功率控制雨刮器和蜂鸣器工作。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。本实用新型技术方案所采用的芯片和元器件包括但不限于具体实施方式当中所列举的具体型号。

Claims (7)

1.一种汽车智能组合仪表，包括采集控制模块(1)、显示模块(2)和外围电路模块(5)，显示模块(2)和外围电路模块(5)均与采集控制模块(1)相连，采集控制模块(1)包括主处理器(U1)和输入输出模块(3)，输入输出模块(3)与主处理器(U1)相连，显示模块(2)包括显示接口模块(4)和显示处理器(U50)，显示接口模块(4)与显示处理器(U50)相连，其特征在于：所述采集控制模块(1)包括模拟量采样复用电路(36)，所述模拟量采样复用电路(36)包括电阻网络调整电路(9)和模拟量复用输入信号前级处理电路(10)，经过电阻网络调整电路(9)调整后的输入信号，经模拟量复用输入信号前级处理电路(10)选择，传输至采集控制模块(1)的主处理器(U1)。

2.根据权利要求1所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：所述采集控制模块(1)的输入输出模块(3)包括K_LINE接口模块(35)，K_LINE接口模块(35)包括K_LINE转RS232芯片(U3)、逻辑芯片(U30)和外围电路，逻辑芯片(U30)和外围电路与K_LINE转RS232芯片(U3)相连，K_LINE转RS232芯片(U3)与主处理器(U1)相连，K_LINE转RS232芯片(U3)用于实现K_LINE总线与RS232总线之间的数据转换功能。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：所述智能组合仪表包括基于SPI总线的开关量输入输出控制模块(6)，所述基于SPI总线的开关量输入输出控制模块(6)包括SPI接口控制芯片(U16)和MOSFFT输出控制芯片(U17、U18)，SPI接口控制芯片(U16)与MOSFFT输出控制芯片(U17、U18)相连，SPI接口控制芯片(U16)和MOSFFT输出控制芯片(U17、U18)均与采集控制模块(1)主处理器(U1)相连，主处理器(U1)通过SPI接口电路芯片(U16)驱动MOSFFT输出控制芯片(U17、U18)高端输出功率MOSFET开关，实现8路开关量输出。

4.根据权利要求3所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：所述采集控制模块(1)的主处理器(U1)完成汽车仪表的数据运算和处理，所述输入输出模块(3)包括步进电机模块(32)，所述主处理器(U1)通过模拟量采样复用电路(36)进行模拟量采样采集模拟量传感器信息，通过频率量采样采集车速传感器和转速传感器的信息，经过运算和处理，驱动步进电机模块(32)并在汽车智能组合仪表上显示。

5.根据权利要求4所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：所述采集控制模块(1)的输入输出模块(3)包括CAN总线接口模块(34)，所述汽车智能组合仪表通过CAN总线接口模块(34)接收来自车身CAN总线通讯模块发送的汽车车身状态信息，通过串行总线接收来自K_LINE接口模块(35)的发动机故障诊断信息，经过运算和处理，通过串行总线将数据发送给显示模块(2)的显示处理器(U50)，再由显示处理器(U50)将汽车车身的状态信息通过TFT LCD显示驱动模块(22)在液晶屏上显示，并将汽车行驶的关键信息和故障信息存储到电子盘模块(24)中。

6.根据权利要求5所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：采集控制模块(1)的主处理器(U1)接收通过SPI总线由SPI接口控制芯片(U16)传送过来的开关量输入信号，并通过SPI总线控制LED指示灯电路(62)LED指示灯的点亮或熄灭，并输出24V功率控制雨刮器和蜂鸣器工作。

7.根据权利要求6所述的一种汽车智能组合仪表，其特征在于：所述采集控制模块(1)的主处理器(U1)采用飞思卡尔面向汽车智能仪表应用的增强型单片机MC9S12XHZ512。

Images