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1、-.-目 录摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 本课题的目的和意义11.2 汽车仪表的发展现状21.3 本课题的主要内容3第2章 功能分析42.1 汽车仪表盘系统功能分析42.2 车辆虚拟仪表系统42.2.1 虚拟仪表系统的优势42.2.2 虚拟仪表系统的实现步骤5第3章 总体设计方案63.1 总体设计思路63.1.1 汽车仪表及其显示装置的作用和组成63.1.2 汽车仪表的使用条件63.1.3 界面模块73.2 总体设计框图8第4章 系统的硬件设计94.1 传感器简介94.1.1 DS18B20温度传感器94.1.2 CR-6061-1数字油位传感器94.1.3 OHG-01
2、霍尔效应齿轮传感器104.2 数据采集卡114.3 单片机主控模块114.3.1 AT89S52概述114.3.2 AT89S52的主要性能114.3.3 AT89S52的引脚排列及功能124.3.4 AT89S52的最小系统144.3.5 3 位数码管模块介绍154.4 系统原理图164.4.1 MAX232芯片简介174.5 本章小结18第5章 系统的软件设195.1 LabVIEW软件简介195.2 LabVIEW串口通信195.2.1 VISA串行通信基本功能模块介绍205.2.2 VISA设计方法225.3 单片机程序设计235.3.1 系统工作流程235.3.2 按键子程序流程图2
3、45.3.3 显示子程序流程图255.4 数据采集程序的实现255.5 LabVIEW各功能模块程序275.5.1 功能测试模块275.6 本章小结32结束语33参考文献34致 谢36附 录37.-第1章 引 言1.1 本课题的目的和意义汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，也是汽车高尖技术的主要部分,各国一直在努力开发汽车仪表技术，并不断取得新的进展。汽车仪表正逐步向数字化和智能化方向发展，用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍采用的电器式或电子式仪表已成为实现车辆自动化的一个重要课题。利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘，设计综合数据采集、信号分析、仪器面板等多项内容的虚拟汽车仪表盘。利用单片
4、机自身产生转速、耗油、速度等模拟和数字信号源，然后再进行模拟和数字信号的采集和分析，通过建立转换函数模型在虚拟仪表盘上显示发动机转速、汽车车速、油耗、温度及转向灯等信息1。利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘，不仅可以完成先进汽车仪表盘的功能，而且免去汽车机械及电子器件，降低成本,提高可研性，在计算机测控技术、汽车电子技术等课程的教学及开放实验中具有广泛的实用价值。我国汽车仪表行业自1 9 5 1 年创业、1956年生产出第一套仪表总成至今，虽然已实现了成套仪表生产和产品开发，却仍然滞后于整车的发展，且与世界发达国家相比，在产品质量、技术装备、科技含量、经济规模、成本价格、产品开发和竞争实力等方面，
5、都存在相当大的差距。而且，在微电子技术飞速发展、现代车用仪表新材料日新月异以及车用仪表精细加工技术日趋成熟的今天，传统汽车仪表的概念受到了新的、越来越强烈的冲击，汽车仪表无论是其内涵还是外延都在悄悄地发生着质的变化，大大拓展了人、车界面系统。同时，伴随汽车工业规模生产和规模经营的形成，以及对环保、安全保障、人机一体化等方面提出的更高要求和世界各国广泛开展智能车辆公路系统（I V H S ）的研究及应用，越来越需要汽车仪表具有集感觉、识别、情况分析、信息库、适应和控制六个方面为一体的智能化系统功能。因此，汽车仪表正不断融入当今各学科、各领域的新技术、新材料成果，向功能多元化、机电一体化、系统工程
6、化、高度集成化方向发展1，2。0随着虚拟技术（VT）在汽车业应用的日益广泛3，特别是日臻成熟的智能车辆公路系统（IVHS）在应用中所必需的车载微机系统，必将促进虚拟仪器（VI ）技术在汽车仪表中的应用。这不但能改善汽车仪表工业的现状，同时提高了硬件的利用率，从而降低了成本。虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展产生的一种新型仪器。虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、DSP 技术结合，在系统内共享软硬件资源，既有普通仪器的功能，又有一般仪器所没有的特殊功能。利用虚拟仪器思想建立的测试系统提高了测量精度、测量速度，减少了开关、电缆，系统易扩充、易修改，使得测试系统体积小、灵活方便、
7、成本低、效率高，成为现代测试系统发展的主流。虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的仪器控制面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其它控制部件。在系统集成后，对被测对象进行数据采集、分析、存储、显示，组建自己所需要的仪器。用户不用编写测试程序，即可进行测试、测量，实现了测试的自动化、智能化4，5。1.2 汽车仪表的发展现状我国汽车仪表也经历了第一代机械式仪表，第二代电气式仪表，第三代模拟电路电子式仪表，现在正在向第四代全数字汽车仪表迈进2。然而随着电子控制系统单元(ECU)在汽车上广泛应用，汽车电子化程度越来越高
8、。电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路，必然导致车身布线庞大而且复杂，安装空间短缺。为了提高电控单元信息利用率，要求大量的数据信息能在不同的电子单元间共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，不同功能电子控制系统单元间的数据通信变得越来越重要。因此对电子控制系统单元的设计提出了越来越高的要求，不仅要求通信网络应具有通信速率高、准确、可靠性高，在控制模块上也应具有控制实效性高、空间小等优点2。目前国内汽车仪表行业在整体上仍滞后于整车的发展，“散、乱、差”的状况尚未改变，与国外相比有很大的差距，表现在产品技术水平低，造型单调，产品质量可靠性和耐久性
9、差，制造工艺落后，产品检测不完善，数字化程度低等方面3。 当今世界由于汽车排放、节能、安全和舒适性等使用性能不断提高，使得汽车电子控制程度也越来越高。汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理各种信息，并通过电子仪表显示出来，使驾驶员及时了解并掌握汽车的运行状态，妥善处理各种情况。现在，汽车的故障诊断、全球导航和定位系统等大量复杂的信息服务系统已开始大量装备到汽车上，汽车电子仪表作为信息显示终端能够完成这些任务。汽车电子仪表显示装置不仅能提供大量复杂的信息服务，而且还有精度高和高可靠性、一表多用、外形设计美观、自由度大、满足小型轻量化要求等特点，因此电子仪表显示装置已成为现代汽车的发展新潮流，具有非
10、常广阔的发展空间。1.3 本课题的主要内容本设计为基于虚拟仪器的汽车仪表设计，主要分为四章进行全面阐述。第一章主要介绍了本设计的课题目的及意义和本设计的主要内容。 第二章主要介绍本设计的功能分析。第三章主要介绍了本设计的设计要求以及方案论证，并对各个模块的方案论证进行了详细介绍。第四章详细介绍了本设计的硬件电路设计。其硬件电路的设计包括单片机主控模块设计、按键模块设计、显示模块设计以及电源模块设计等。本章给出了单片机程序流程图、按键子程序流程图、显示子程序流程图，并对每个流程图进行了简单的介绍。第五章介绍了本设计的软件程序设计。本章给出了LabvIEW界面及串口等进行了比较具体的设计和说明,使
11、得软件设计部分易于理解。 第2章 功能分析2.1 汽车仪表盘系统功能分析汽车仪表是用以监测汽车各系统工作状况的装置，如当前车速、里程显示、油量消耗、油耗警告等。驾驶员能通过汽车仪表随时掌握汽车各部件的工作状态，为正确使用和维修发动机提供依据和指南。汽车仪表盘主要有以下几大功能：1. 车速表车速表是用来指示汽车车速的装置。其单位是公里小时(表面上标kmh)。表上的刻度线表示速度，指针指到不同的刻度线表示不同的速度。2. 里程表总里程表是记录汽车累计行驶里程数的装置，最小单位为米。3. 燃油表用来指示燃油箱内的存油量，其单位是升(L)，表上的刻度线表示存油量，指针指到不同的刻度线表示不同的存油量并
12、在表盘上显示相应的数据。若启动引擎后，指针指向与库存油量相对应的位置，否则指针复零。4. 转速表转速表是用来指示发动机转速的装置，转速表单位是r/min，即显示发动机每分钟转多少转。为选择正确的换挡时机提供参考，使发动机保持额定转速，以减少发动机的磨损并减少油耗。5. 温度表汽车冷却系统的功能是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷，温度表的作用就是为驾驶员及时的提供冷却液温度指标，反映发动机的工况信息。6. 左右转向灯它有前、后、侧转向信号灯之分，一般位于车辆的四角。汽车转弯时，发出明暗交替的闪光信号，以表示汽车向左或向右转向行驶。7
13、. 时间 用来显示当前时间。2.2 车辆虚拟仪表系统2.2.1 虚拟仪表系统的优势随着汽车需要显示的信息的增加，用传统仪表的显示方法显示,车载的仪表数目将会不断增多,使车辆仪表板显得很拥挤,也会加大驾驶员的操作难度,分散驾驶员的注意力。 用虚拟仪器技术构建的车载虚拟数字式仪表,将这些问题迎刃而解。它将所有的信息显示集合在一个屏幕上,并以分界面的方法显示,这样将使驾驶员查看信息非常便利,取消众多的仪表,也使车内空间变得更加宽敞、舒适和美观4。2.2.2 虚拟仪表系统的实现步骤在汽车智能数字仪表的开发过程中，数字仪表所需要采集的信息量比较多，各种车型的信息参数又差别较大，这些问题的存在给仪表的实车
14、测试和参数标定带来了困难。为了在开发过程中能够快速有效的测试系统的各项功能，提高系统开发效率，我们设计利用单片机采集产生汽车上的各种参数信息，快速的对设计仪表进行全面的测试，节约时间和成本4。对此设计了两个步骤，包括信号采集与处理、仪表盘输出。1. 信号采集与处理将单片机实际采集到的数据用不同通道经过A/ D转换进入计算机,作为实验的源参量,并计算得汽车仪表盘上显示的相关参数52. 仪表盘输出将计算后的转速、速度、油耗、温度、里程等参数通过虚拟仪表盘输出。第3章 总体设计方案3.1 总体设计思路3.1.1 汽车仪表及其显示装置的作用和组成在驾驶员前方台板上都装有仪表报警灯及电子显示装置，用来指
15、示汽车运行以及发动机运转的状况，以便驾驶员随时了解和掌握汽车各系统、各部件的工作状态，保证汽车可靠而安全地行驶。汽车上较常用的一般有5种仪表和3种相应的传感器，即电流表、机油压力表、水温表、燃油表及车速里程表，机油压力传感器、水温传感器、油量传感器。仪表板总成分垂直安装式和倾斜安装式两类，二者又各有组合式和分装式#种。分装式仪表板总成，它是由薄钢板先冲压成一块仪表板，然后将每只单个仪表用夹板及螺栓固装在仪表板上。3.1.2 汽车仪表的使用条件1.温度汽车是被广泛使用的交通运输工具，要在各种环境温度下都能正常运行，因此要求汽车仪表在-40+55范围内都能正常工作。温度传感器用于监测冷却液（水箱）温度。2.湿度由于汽车仪表工作的环境条件所限，因此它还将受到湿度的影响。潮湿的空气将使仪表零件（特别是黑色金属零件）表面生锈，电气绝缘件的绝缘性能降低甚至漏电。
