基于嵌入式的汽車儀表系統

摘要：隨著國內經濟水平的逐步提升，各行各業的發展也漸漸走向國際，走向高端。特別是汽車行業，國內汽車品牌在不斷追求外觀美的同時，也不斷地對汽車的性能和功能做出改進，為擺脫國外先進技術，創造出完全屬于自己的汽車品牌奮斗著。其中，對于汽車儀表系統的改進和改良，我們將以CAN總線作為這款汽車儀表系統的車載網絡，然后連接顯示節點和測量節點，最后利用液晶顯示屏表現出來，讓人們可以直觀的看見各種數據。我們將嵌入式控制器作為顯示節點的核心來進行這款汽車儀表系統的研究，并采用一些先進的技術作為技術支撐來提高測量數據時的精準程度以及為汽車的安全性做輔助。

關鍵詞：汽車儀表;嵌入式控制器;總線技術;數據融合

引言：

隨著科學技術的發展，汽車的無論是在性能、功能還是外觀上都不斷地提升著。從原來最老式的汽車到現在我們已經將汽車變得更加的多功能，不僅可以連接藍牙、網絡還可以有觸摸屏、加熱墊，安全性能、制作材料以及耗油量都在不斷的改善著，汽車已然變得更加智能化、更加多功能化。汽車上的儀表系統也是如此，從原來單一功能的顯示部分汽車實時數據到現在不僅能夠同時顯示汽車多方面的實時數據，還具備一定的自動計算、自動判斷、自動預測功能，能夠在一定程度上引導人們更加安全、舒適的駕駛汽車。但是，隨著人們在汽車上設計的功能越來越多，我們在汽車各個功能的連接以及使用上也應當做出一些改善——利用分布式的控制系統來為汽車構建一個良好的網絡環境和網絡系統，利用嵌入式技術來為汽車研制出更加優良、更加適應社會可持續發展的汽車儀表系統。

一、汽車儀表系統的設計

在對汽車儀表系統進行設計時，我們主要采用了總線技術。這款系統設計的結構主要分為了兩個部分，分別是車載電源以及三個高速CAN收發器。這三個高速CAN收發器連接的分別是不同的汽車功能，能夠實時的將汽車各類數據，例如燈光位置、車門開關、蓄電池電壓狀況、冷卻水溫度狀況、安全帶是否扣上、燃油量、發動機的轉速、車速等等內容進行數據的收集，繼而通過汽車儀表系統傳遞到液晶顯示屏上供人們觀察。

這樣的系統設置有四個較為突出的優點，它們分別是：第一，對于汽車儀表系統的設計我們采用了CAN總線，也就是控制器區域網，這樣的總線能夠在一條線上接入多個CAN收發器，每個收發器相同的是不同分類的功能，在顯示和傳輸數據的過程中互相不會受到任何干擾，即使其他接入點被人工的拆除了也不會對其他節點產生影響。第二，對于數據的顯示屏，我們采用了液晶顯示屏，液晶顯示屏已經應用在了許多方面，從電視到攝像機，從汽車到手機屏幕，如此廣泛的應用也體現了液晶顯示屏美觀且能夠顯示許多數據的特點。第三，儀表系統從節點上來看可以分為兩大部分，分別為顯示節點和測量節點，前者主要包含電源、按鍵、CPU、液晶顯示屏，后者則主要包含電源、檢測、CAN總線接口、CPU等，在實際的操作中體現了不同的用途。第四，在這套汽車儀表系統中，采用的電源電路是由多級濾波、兩級穩波等一系列電路設計而成，能夠保證電源的穩定性，以及電路的安全性[1]。

二、汽車儀表系統中數據的融合

由于汽車具備的功能十分的繁多，儀表需要顯示的數據也十分的繁多。為了增強數據傳輸的穩定性以及便于系統能夠采集到更加精準的數據并實時的傳輸，我們必須要對系統采集到的數據進行數據融合。數據融合的流程：首先是將各個方面的數據進行初始的融合來讓儀表系統能夠采集到根據更加精準的數據，并為單傳感器數據進行融合。這些進行初始融合的數據包含有車速、發動機轉速、水溫、燃油量以及電池電壓，其中發動機的轉速數據將直接顯示出來，其他的數據并且加上不需要進行初始融合的發動機故障數據、發動機油壓數據以及電池電壓數據將系統性的進行數據的關聯，繼而進行決策融合，并未多傳感器數據進行融合，再針對這些數據的類別進行選取以及分類，最后投到液晶顯示屏中作為安全指示展現在人們的眼前。

（一）初始融合

在對初始數據進行融合時，我們需要注意兩個方面的內容，一個是融合方法的選擇和應用上，第二個是選擇運用什么樣的數據融合方法來對數據進行測量能夠得到最精準的數據，需要進行相應的試驗來驗證。

1.初始數據融合的方法

在對初始數據融合方法的選擇上，我們主要選取了平均值算法以及分批估計相結合的算法，即在通過數據采集以及初步的檢驗完成后得到一定的測量序列，繼而通過一定的方法手段，例如分布圖法來幫助我們從這些測量序列中剔除掉測量失誤的數據，繼而再將剩下的序列分為兩組，分別計算出他們分方差，再依據標準的對比值推算出融合值的公式。通過這一系列的計算能夠幫助我們排除其中與總體規律相差太遠的有誤數據，提高初始數據的精確程度[2]。

2.測量方法的選擇

在對測量方法進行選擇時，我們主要要通過對數據的計算和對比來進行選擇。通過一系列的計算和對比，我們可以發現，數據融合方法能夠實現更高精確程度的數據采集和融合。

（二）安全決策輔助

在對汽車進行改良的過程中，安全性能是我們必須要考慮到內容，而且是重點關注內容，因此對安全決策的輔助也顯得十分的重要。在汽車運行的過程中，若是汽車儀表系統不僅能夠對汽車的實時數據進行顯示，還能夠通過數據的顯示，自主判斷是否超出了規定的指標，進而給駕駛員一定的指示，將會為汽車的行駛帶來更加的安全性[3]。

具體操作我們將通過四步來進行：首先是明確這項數據是從哪一個類別的汽車部件中采集到的，并且及時的判斷出這項數據中包含的特征值;繼而利用判斷出的類別以及特征值再次判斷應該采用哪種計算方式來進行數據的處理;然后針對處理后的數據確定其權系數;最后判斷汽車實時的各項狀態有無不良反應，然后反映給駕駛員。

三、結束語

綜上所述，利用嵌入式控制器為核心的汽車儀表系統設計已然跟隨著時代進步的步伐和國際上汽車發展的腳步不斷優化著，通過系統的設計以及數據的融合，我們能夠保證新生產出的汽車儀表系統能夠實現汽車的需要。采用高性能的嵌入式控制器，以先進的技術實現汽車多功能化、智能化、全網絡覆蓋化，不僅提高了汽車的各項性能、安全指標，同時還在一定程度上促進了汽車行業的發展，甚至推動國內科學技術的進步。

參考文獻

[1]TKScope嵌入式仿真開發平臺講座（53）? TKScope的在線編程云系統提升汽車儀表盤量產燒寫效率[J].單片機與嵌入式系統應用，2013，13（07）：82-83.

[2]趙晨.基于ARM和Linux的嵌入式汽車虛擬儀表系統的研究[D].華中科技大學，2011.

[3]羅文廣，楊敘，吳彤峰，毛漢穎，陳文輝.基于總線技術和數據融合的嵌入式汽車儀表系統[J].傳感器與微系統，2008（08）：94-96.

作者簡介：馬洪發（1962.1-），男，滿族，正高級工程師，上海機械學院畢業，從事高壓水射流應用技術，汽車傳感器，儀器儀表研究。