基于嵌入式的汽车仪表系统

摘要：随着国内经济水平的逐步提升，各行各业的发展也渐渐走向国际，走向高端。特别是汽车行业，国内汽车品牌在不断追求外观美的同时，也不断地对汽车的性能和功能做出改进，为摆脱国外先进技术，创造出完全属于自己的汽车品牌奋斗着。其中，对于汽车仪表系统的改进和改良，我们将以CAN总线作为这款汽车仪表系统的车载网络，然后连接显示节点和测量节点，最后利用液晶显示屏表现出来，让人们可以直观的看见各种数据。我们将嵌入式控制器作为显示节点的核心来进行这款汽车仪表系统的研究，并采用一些先进的技术作为技术支撑来提高测量数据时的精准程度以及为汽车的安全性做辅助。

关键词：汽车仪表;嵌入式控制器;总线技术;数据融合

引言：

随着科学技术的发展，汽车的无论是在性能、功能还是外观上都不断地提升着。从原来最老式的汽车到现在我们已经将汽车变得更加的多功能，不仅可以连接蓝牙、网络还可以有触摸屏、加热垫，安全性能、制作材料以及耗油量都在不断的改善着，汽车已然变得更加智能化、更加多功能化。汽车上的仪表系统也是如此，从原来单一功能的显示部分汽车实时数据到现在不仅能够同时显示汽车多方面的实时数据，还具备一定的自动计算、自动判断、自动预测功能，能够在一定程度上引导人们更加安全、舒适的驾驶汽车。但是，随着人们在汽车上设计的功能越来越多，我们在汽车各个功能的连接以及使用上也应当做出一些改善——利用分布式的控制系统来为汽车构建一个良好的网络环境和网络系统，利用嵌入式技术来为汽车研制出更加优良、更加适应社会可持续发展的汽车仪表系统。

一、汽车仪表系统的设计

在对汽车仪表系统进行设计时，我们主要采用了总线技术。这款系统设计的结构主要分为了两个部分，分别是车载电源以及三个高速CAN收发器。这三个高速CAN收发器连接的分别是不同的汽车功能，能够实时的将汽车各类数据，例如灯光位置、车门开关、蓄电池电压状况、冷却水温度状况、安全带是否扣上、燃油量、发动机的转速、车速等等内容进行数据的收集，继而通过汽车仪表系统传递到液晶显示屏上供人们观察。

这样的系统设置有四个较为突出的优点，它们分别是：第一，对于汽车仪表系统的设计我们采用了CAN总线，也就是控制器区域网，这样的总线能够在一条线上接入多个CAN收发器，每个收发器相同的是不同分类的功能，在显示和传输数据的过程中互相不会受到任何干扰，即使其他接入点被人工的拆除了也不会对其他节点产生影响。第二，对于数据的显示屏，我们采用了液晶显示屏，液晶显示屏已经应用在了许多方面，从电视到摄像机，从汽车到手机屏幕，如此广泛的应用也体现了液晶显示屏美观且能够显示许多数据的特点。第三，仪表系统从节点上来看可以分为两大部分，分别为显示节点和测量节点，前者主要包含电源、按键、CPU、液晶显示屏，后者则主要包含电源、检测、CAN总线接口、CPU等，在实际的操作中体现了不同的用途。第四，在这套汽车仪表系统中，采用的电源电路是由多级滤波、两级稳波等一系列电路设计而成，能够保证电源的稳定性，以及电路的安全性[1]。

二、汽车仪表系统中数据的融合

由于汽车具备的功能十分的繁多，仪表需要显示的数据也十分的繁多。为了增强数据传输的稳定性以及便于系统能够采集到更加精准的数据并实时的传输，我们必须要对系统采集到的数据进行数据融合。数据融合的流程：首先是将各个方面的数据进行初始的融合来让仪表系统能够采集到根据更加精准的数据，并为单传感器数据进行融合。这些进行初始融合的数据包含有车速、发动机转速、水温、燃油量以及电池电压，其中发动机的转速数据将直接显示出来，其他的数据并且加上不需要进行初始融合的发动机故障数据、发动机油压数据以及电池电压数据将系统性的进行数据的关联，继而进行决策融合，并未多传感器数据进行融合，再针对这些数据的类别进行选取以及分类，最后投到液晶显示屏中作为安全指示展现在人们的眼前。

（一）初始融合

在对初始数据进行融合时，我们需要注意两个方面的内容，一个是融合方法的选择和应用上，第二个是选择运用什么样的数据融合方法来对数据进行测量能够得到最精准的数据，需要进行相应的试验来验证。

1.初始数据融合的方法

在对初始数据融合方法的选择上，我们主要选取了平均值算法以及分批估计相结合的算法，即在通过数据采集以及初步的检验完成后得到一定的测量序列，继而通过一定的方法手段，例如分布图法来帮助我们从这些测量序列中剔除掉测量失误的数据，继而再将剩下的序列分为两组，分别计算出他们分方差，再依据标准的对比值推算出融合值的公式。通过这一系列的计算能够帮助我们排除其中与总体规律相差太远的有误数据，提高初始数据的精确程度[2]。

2.测量方法的选择

在对测量方法进行选择时，我们主要要通过对数据的计算和对比来进行选择。通过一系列的计算和对比，我们可以发现，数据融合方法能够实现更高精确程度的数据采集和融合。

（二）安全决策辅助

在对汽车进行改良的過程中，安全性能是我们必须要考虑到内容，而且是重点关注内容，因此对安全决策的辅助也显得十分的重要。在汽车运行的过程中，若是汽车仪表系统不仅能够对汽车的实时数据进行显示，还能够通过数据的显示，自主判断是否超出了规定的指标，进而给驾驶员一定的指示，将会为汽车的行驶带来更加的安全性[3]。

具体操作我们将通过四步来进行：首先是明确这项数据是从哪一个类别的汽车部件中采集到的，并且及时的判断出这项数据中包含的特征值;继而利用判断出的类别以及特征值再次判断应该采用哪种计算方式来进行数据的处理;然后针对处理后的数据确定其权系数;最后判断汽车实时的各项状态有无不良反应，然后反映给驾驶员。

三、结束语

综上所述，利用嵌入式控制器为核心的汽车仪表系统设计已然跟随着时代进步的步伐和国际上汽车发展的脚步不断优化着，通过系统的设计以及数据的融合，我们能够保证新生产出的汽车仪表系统能够实现汽车的需要。采用高性能的嵌入式控制器，以先进的技术实现汽车多功能化、智能化、全网络覆盖化，不仅提高了汽车的各项性能、安全指标，同时还在一定程度上促进了汽车行业的发展，甚至推动国内科学技术的进步。

参考文献

[1]TKScope嵌入式仿真开发平台讲座（53）  TKScope的在线编程云系统提升汽车仪表盘量产烧写效率[J].单片机与嵌入式系统应用，2013，13（07）：82-83.

[2]赵晨.基于ARM和Linux的嵌入式汽车虚拟仪表系统的研究[D].华中科技大学，2011.

[3]罗文广，杨叙，吴彤峰，毛汉颖，陈文辉.基于总线技术和数据融合的嵌入式汽车仪表系统[J].传感器与微系统，2008（08）：94-96.

作者简介：马洪发（1962.1-），男，满族，正高级工程师，上海机械学院毕业，从事高压水射流应用技术，汽车传感器，仪器仪表研究。