汽车仪表盘

汽车仪表盘 智能仪器与仪表综合 班 级: 测控1041 姓 名: 郭莹莹 学 号: 01号 指导教师: 张立新 冯璐 于静 撰写日期: 2013年6月7日 摘要 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。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、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，具有非常广阔的发展空间。基于labview的电压表设计，则是虚拟仪器的重要组成。 针对汽车仪表发展的新趋势,本文对国内汽车仪表行业的现状和发展远景进行了概述，针对性的研究了基于MCGS技术而建立虚拟汽车仪表系统的构成，并且系统的给出了一种可行性，分别从MCGS软件实现方法、单片机程序实现方法和软、硬件的通信三方面进行了阐述。本文设计出来的汽车虚拟仪表系统可以实现时间、当前速度、温度、油箱存油量等信息的显示。 关键词:汽车仪表 智能设计 MCGS Labview 目录 目录 第一章 课程设计内容与要求分析 .....................................................................1 1.1 课程设计内容 ........................................................................................1 1.2 课程设计要求分析................................................................................1 第二章 MCGS组态软件的系统构成.................................................................2 2.1 MCGS简介 ............................................................................................2 2.2 MCGS组态软件的整体结构................................................................2 2.3 MCGS工程的五大部分........................................................................2 2.4组建工程的一般过程.............................................................................3 第三章 汽车仪表盘系统分析 ...........................................................................5 3.1 汽车仪表 ................................................................................................5 3.2 汽车仪表各部分简介............................................................................5 第四章 系统调试 .................................................................................................7 4.1 工控机介绍 ............................................................................................7 4.2系统调试 .................................................................................................8 第五章 基于labview的电压表设计 ................................................................10 5.1 labVIEW介绍 ..................................................................................10 5.2 基于电压表的主要功能设计..............................................................12 第六章 设计总结 ...............................................................................................14 参考文献 .............................................................................................................15 附录 ....................................................................................................................... I 第一章 课程设计内容与要求分析 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1 课程设计内容 本智能仪器与仪表综合设计的内容一是以MCGS完成模拟测试仪组态动画图设计。应用工控组态软件MCGS设计与实现汽车仪表的模拟过程，利用计算机进行辅助设计，具有提高设计效率，减少投入，开发周期短等优点。工控组态软件MCGS是一款非常全面的完全中文非常方便。了解汽车仪表状态和参数的主要内容。熟悉汽车常用传感器的原理和用途。提高计算机辅助设计的技能和技巧。掌握组态软件的应用设计和调试方法。熟悉电子产品设计、装配和调试工艺。二是基于labview的电压表设计。设计的目的是为了完成labview的课程设计，顺便在复习一下以前学过的知识，通过理论结合实践，以实践促学习。 1.2 课程设计要求分析 基于MCGS汽车仪表测试仪设计本课程设计是利用工控组态软件MCGS设计与实现汽车仪表的模拟全过程，所以必须了解汽车仪表运行的过程、必备的设备、所需要的数据、设备的布局与画面的美观性。所以必须了解汽车仪表状态和参数的主要内容。熟悉汽车常用传感器的原理和用途。提高计算机辅助设计的技能和技巧。掌握组态软件的应用设计和调试方法。熟悉电子产品设计、装配和调试工艺。 其功能大致实现动态检测和显示汽车的运行的主要参数和状态。设计标识(图标)应符合汽车制造行业的标准。参数为数字量的转速表、里程表、水温表、燃油表、机油表等;模拟量的转向灯、雾灯、远光灯、电瓶指示灯、驻车指示灯刹车指示灯、发动机故障灯、车门指示灯等。 基于labview的电压表设计主要功能是能显示波形和峰值、有效值、平均值、频率等参数。待测信号由软件产生，可提供各种信号。要求界面美观，易于操作，实现最基本的功能。 1 第二章 MCGS组态软件的系统构成 第二章 MCGS组态软件的系统构成 2.1 MCGS简介 MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套基于Microsoft的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。 2.2 MCGS组态软件的整体结构 MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。 MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，它由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。 2.3 MCGS工程的五大部分 MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 1、主控窗口:是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括:定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 2、设备窗口:是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采 2 第二章 MCGS组态软件的系统构成 集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。 3、用户窗口:本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如:生成各种动画显示画面报警输出、数据与曲线图表等。 4、实时数据库:是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 5、 运行策略:本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序(if…then脚本程序)，选用各种功能构件，如:数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。 2.4组建工程的一般过程 1、工程项目系统分析:分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和测控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。 2、工程立项搭建框架:MCGS称为建立新工程。主要内容包括:定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口(封面窗口退出后接着显示的窗口)名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。 3、设计菜单基本体系:为了对系统运行的状态及进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。 4、制作动画显示画面:动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则 3 第二章 MCGS组态软件的系统构成 设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。 5、编写控制流程程序:在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块(称为策略块)，由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件(称之为“脚本程序”功能构件)，使用简单的编程语言，编写工程控制程序。 6、完善菜单按钮功能:包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态;实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能;建立工程安全机制等。 7、编写程序调试工程:利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。 8、连接设备驱动程序:选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。 9、工程完工综合测试:最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实程交接。 4 第三章 汽车仪表盘系统分析 第三章 汽车仪表盘系统分析 3.1 汽车仪表 汽车仪表是用以监测汽车各系统工作状况的装置，不同汽车的仪表不尽相同。但是一般汽车的常规仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等。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。 现代汽车仪表盘的面膜下制作了各式各样的指示灯或警报灯，例如冷却液液面警报灯、燃油量指示灯、清洗器液面指示灯、充电指示灯、远近光变光指示灯、变速器挡位指示灯、制动防抱死系统指示灯、驱动力控制指示灯、安全气囊警报灯等。 3.2 汽车仪表各部分简介 1、车门状态指示灯:显示车门是否完全关闭的指示灯，车门打开或未能关闭时，相应的指示灯亮起，提示车主车门未关好，车门关闭后熄灭。 2、速度表:传统的车速表是机械式的。这种车速里程表简单实用(被广泛用于大小型汽车上。不过随着电子技术的发展。现在很多轿车仪表已经使用电子车速表，常见的一种是从变速器上的速度传感器获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。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km,h)。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。 3、燃油表:燃油表内有两个线圈。分别在 "F”与"E”一侧，传感器是一个由浮子高度控制的可变电阻。阻值变化决定两个线圈的磁力线强弱(也就决定了指针的偏转方向。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、温度表:温度表的传感器是一种热敏电阻式传感器。用螺纹固定在发动机冷却水道上。热敏电阻决定了流经水温表线圈绕组的电流大小。从而驱 5 第三章 汽车仪表盘系统分析 动表头指针摆动。以前汽车发动机的冷却水都是用自来水来充当(现在很多汽车发动机冷却系统都用专门的冷却液。因此也称为冷却液温度表。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。 5、左右转向灯:转向灯亮时，相应的转向灯按一定频率闪烁。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。 6、时间: 用来显示当前时间。 7、刹车: 按下时车开始减速指示灯亮，松开停止减速指示灯灭。若一直不松开则一直减速至零。 6 第四章 系统调试 第四章 系统调试 4.1 工控机介绍 工控机(Industrial Personal Computer—IPC)是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。 在80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。现在国内品牌主要有研华、研祥EVOC等。 工业控制计算机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称。简称“工控机”。包括计算机和过程输入、输出通道两部分。它具有重要的计算机属性和特征，如:具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口、并有实时的操作系统、控制网络和协议、计算能力，友好的人机界面等。目前工控机的主要类别有:IPC(PC总线工业电脑)、PLC(可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。 适用领域:目前，IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。 例如:控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通讯保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告、等等。 工控机特点: 1、机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。 7 第四章 系统调试 2、机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。 3、机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 4、要求具有连续长时间工作能力。 5、一般采用便于安装的标准机箱(4U标准机箱较为常见)。 4.2系统调试 1、模拟测试仪外部电路连接:将制作好的外部电路板和数据采集卡连在一起，将数据板卡通过数据线和工控机相连接。 2、设备添加:在MCGS设备窗口中添加研华_PLC818HD和研华_PLC730两个数据采集板卡。效果如图4-2-1。 图4-2-1 设备添加 3、参数设置: (1) 在818板卡中设置数字量，选择通道4中设置速度表、5通道中设置转速表、6通道中设置温度表、在7通道中设置油表。效果如图4-2-2。 图4-2-2 AD通道选择 8 第四章 系统调试 图4-2-3 通道数据处理 图4-2-4 设备调试数据 (2)在730板卡中设置开关量，在通道0中设置车门灯，在通道1、2中分别设置近光灯、在通道3、4中分别设置左右转向灯、在通道5中设置远光灯。 图4-2-5 设备基本属性设置 4、动画模拟:运行MCGS，通过外部设备的开关能控制动画中的指示灯的亮灭和对应图标的闪烁，改变外部滑动变阻器的阻值能改变速度表、转速表、温度表、油表的大小。 9 第五章 基于LABVIEW的电压表设计 第五章 基于labview的电压表设计 5.1 labVIEW介绍 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器集成环境)是一个基于G(Graphic)语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。它含有种类丰富的库，科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动。 5.1.1 图形化编程 LabVIEW与Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，后几种都是基于文本的语言，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。一个VI有三个主要部分组成:框图、前面板和图标,连接器。框图是程序代码的图形表示。 LabVIEW的框图中使用了丰富的设备和模块图标，与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常的相似。多样化的图标和丰富的色彩也给用户带来不一样的体验和乐趣。 前面板是VI的交互式用户界面，外观和功能都类似于传统仪器面板，用户的输入数据通过前面板传递给框图，计算和分析结果也在前面板上以数字、图形、表格等各种不同方式显示出来。 图标是VI的图形符号，连接器则用来定义输入和输出，每一个VI都有图标和连接器。用户要做的工作就是恰当地设置参 10 第五章 基于LABVIEW的电压表设计 数，并连接各个子VI。编程一般步骤就是使用鼠标选取合适的模块、连线和设置参数的过程，与烦琐枯燥的文本编程相比更为简单、生动和直观。 如果将虚拟仪器与传统仪器作一类比，前面板就像是仪器的操作和显示面板，提供各种参数的设置和数据的显示，框图就像是仪器内部的印刷电路板，是仪器的核心部分，对用户来讲是透明的，而图标和连接器可以比作电路板上的电子元器件和集成电路，保证了仪器正常的逻辑和运算功能。 5.1.2 数据流驱动 宏观上讲，LabVIEW的运行机制已不再是传统上的冯?诺伊曼式计算机体系结构的执行方式了。传统计算机语言(如C语言)中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。本质上讲它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，程序中的每一个函数节点只有在获得它的全部输入数据后才能够被执行。既然LabVIEW程序是数据流驱动的，数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能够被执行;而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。于是LabVIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序，而不像文本程序那样受到行顺序执行的约束。我们可以通过相互连接函数节点简洁高效地开发应用程序，还可以有多个数据通道同步运行，即所谓的多线程。 在LabVIEW中单击加亮执行(Highlight Execution)按钮，即可以动画方式演示框图的执行过程，可以观察到数据流流动的 11 第五章 基于LABVIEW的电压表设计 方式，数据以有色小圆点表示，在各种不同颜色(代表不同数据类型)的连线上流动。 5.2 基于电压表的主要功能设计 在本课程设计要实现的最要的功能是能显示波形和峰值、有效值、平均值、频率等参数。待测信号由软件产生，可提供各种信号。 所以考虑4个模块，有效值、平均值、频率、峰值，因为信号发生与其他模块联系比较紧密，在其他模块的列举过程中将会展示出来 有效值模块见下图5-2-1: 图5-2-1有效值模块 平均值模块见图5-2-2: 图5-2-2平均值模块 峰值模块见图5-2-3: 12 第五章 基于LABVIEW的电压表设计 图5-2-3峰值模块 频率模块见图5-2-4: 图5-2-4频率模块 需要指出的是频率模块中核心部分是labview中vi，而不是我自己设计的。总体程序框图见附录。前面板图见附录。 结果分析通过调试，程序的结果与预期很相似。说明这个程序很成功，能够实现最基本的功能。 13 第六章 设计总结 第六章 设计总结 此次课程设计历经了两个星期的时间，目的就是要培养我们自己的动手实践能力，熟练掌握MCGS组态软件的使用，通过MCGS汽车仪表测试仪的设计，基本掌握了MCGS的使用，培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过对labview的课程设计，让我理论联系了实际。理论为实践奠定了基础，但是实践也为理论的学习指明了方向，二则缺一不可。我们绝不能简单的将实践与理论隔离开来。 在课设的过程中遇到了很多的问题，比如在属性设置的选项的选择，在同学的帮助下也得以顺利的完成。其中，在调试的过程中，刹车所需要的闪烁而没有实现，最终在老师的帮助下，及大家努力后也得以实现。 通过两个星期的努力，终于完成一个项目的设计，这无疑是对自己实践能力的一个较大提高。当然这离不开的老师和同学的帮助，课设只是我们自己实践的一个开始，要较好的掌握一门技术就必须要踏踏实实的去自己实践，只有运用到实践中的知识才是有用的。我们要不断在实践中巩固理论知识，用知识武装自己，提高自身价值。 14 参考文献 参考文献 [1]李广弟,朱月秀,王秀山编著.单片机基础. 北京:北京航空航天大学出版社,2001 [2]何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1999 [3] 蔡美琴等编著.MCS-51 单片机系统及应用.北京:高等教育出版社.1992 15 附录 附录:汽车仪表盘 I 附录 总程序图: 前面板图: II