基于Labview的嵌入式車載信息終端的設計

盛多錚，吳 偉，朱向冰

（安徽師范大學 物理與電子信息工程學院，安徽 蕪湖 241000）

車載信息終端是傳統儀表顯示技術和現代嵌入式技術相結合的產物，其中綜合了多種傳感器技術，現場總線技術，計算機技術，現代測控技術等。與傳統汽車儀表相比，具有家庭化，智能化，功能化，易升級等特征。但是從功能上講，目前市場現有車載終端都只是將各種車載設備功能集成到一個產品中，并沒有涉及對汽車行駛信息及汽車功能參數等的數字化顯示。本設計結合嵌入式技術和虛擬儀器技術，在市場現有車載信息終端功能的基礎上，進一步實現了對汽車對各種車載信息的顯示和遠程對汽車參數的訪問。同時，開發人員可以在不改變硬件電路的基礎上完成軟件部分的升級，系統的很多功能可以由設計人員直接對上位機軟件進行二次開發，可方便地與網絡、外設等連接，是未來汽車儀表行業發展的新趨勢。

1 系統功能簡介

塊對汽車后方的影像進行采集并顯示，同時利用Labview的WEB SERVER技術實現了遠程前面板監控。本設計采用模塊化的設計思想，按照數據流程可以將整個系統分為3大部分，分別是位于數據采集現場的CAN節點，基于STM32的嵌入式服務器，以及基于Labview圖形化開發語言的終端平臺。現場節點通過傳感器將相應車載信息轉化為數字量并通過CAN總線傳輸，基于STM32的嵌入式服務器以中斷的方式[4]對各種車載信息進行讀取，Labview客戶端每隔一定時間向服務器發出一次數據獲取請求，基于STM32的服務器便將從CAN總線上獲取的車載信息發送給Labview平臺，這樣完成一次車載信息的獲取并顯示。圖1是本設計最終完成的PC端人機交互界面。

2 系統硬件結構

基于Labview的嵌入式車載信息終端主要完成了對汽車CAN總線上各種車載信息的讀取，并將獲取的數據以非常直觀的形式在Labview界面中顯示。通過Labview機器視覺模

系統的硬件電路部分主要用于完成對各種車載信息的獲取并通過網口將數據發送給Labview平臺。除了包括自主設計的CAN節點，SD卡讀寫電路，網口通信電路等，也包括一些外購的模塊，比如GPS和攝像頭模塊。圖2反映了各模塊之間的關系以及整體構架。

圖1 基于Labview的嵌入式車載服務終端界面Fig.1 Interface of embedded automotive service terminal based on Labview

圖2 基于Labview的嵌入式車載服務終端組成框圖Fig.2 Bolck diagram of embedded automotive service terminal based on Labview

2.1 基于HCS12X的CAN節點的設計

圖3 基于MC9S12XS128的CAN節點電路設計Fig.3 Design of the CAN node circuit based on MC9S12XS128

在整個CAN BUS網絡中，負責數據采集的各個子節點所處環境一般都比較惡劣，這對系統的EMC性能提出了較高的要求。綜合各種考慮，設計中的各子節點部分主控芯片選擇了MC9S12XS128單片機。它屬于飛思卡爾公司的HCS12XS系列產品，是一款專門針對汽車電子市場的高性能16位微控制器，具有速度快、功能強、成本低、功耗低等特點。同時外設較為豐富，內部集成了CAN控制器，所以在CAN節點的設計中只需要再購置一個CAN收發器便可。

2.2 STM 32的SD卡讀寫和網口通信電路的設計

文中在STM32F1平臺上設計出了基于SDIO通信模式的SD卡讀寫電路[7]以實現汽車黑匣子的功能，相對于SPI模式，速度更快，穩定度更高。在功能上實現了對事故最后階段汽車各個模塊性能參數以及駕駛員反應情況等信息的記錄，這些數據在后續的事故處理階段可以部分甚至全部再現事故發生過程。在系統的軟件設計上，通過移植μC/OS實時操作系統來管理各個任務的運行，確保了數據采集和控制的實時性、可靠性。通過在STM32F1上移植LWIP協議，在硬件電路正常工作的條件下，實現了系統和PC的網口通信。STM32首先獲取到CAN總線上的各種現場信號，這些信號包括車速，水溫，油量，車胎氣壓等，再通過以太網接口將這些數據發送至Labview平臺。這種網口通信[8]的方式有利于提高系統數據傳輸的速度，也使得數據的吞吐量更大。選用DM9000作為以太網通信的MAC控制器，用戶可以容易的移植任何系統下的端口驅動程序。

圖4 以太網控制器連接圖Fig.4 Connection diagram of the Ethernet controller

2.3 電子后視鏡區

電子后視鏡區顯示攝像頭所拍攝的汽車后方影像，以方便駕駛員觀測后方交通情況。主要是利用Labview機器視覺模塊強大的圖像處理功能，實現對基于USB攝像頭圖像的采集。

圖5 基于DM9000的以太網通信實現電路Fig.5 Circuit to ethernet communicationmodule based on the DM9000

2.4 定位導航

定位導航區顯示電子地圖，它利用GPS接收器接收的汽車定位信息在電子地圖上描繪汽車運行軌跡。定位導航程序可提供靜態導航功能，能根據駕駛員提供的起點和終點名稱，自定確定最短行車路線。

3 系統軟件設計

軟件部分主要包括單片機功能模塊程序的編寫和PC端基于Labview的人機交互界面整體構架的搭建。系統的各種功能及組合方式、人機界面的表現形式等都是通過軟件來完成的。

人機交互界面采用Labview這種直觀的圖形程序語言，以一種很直觀的方法建立前面板和程序框圖。前面板是用戶可以看到的，類似傳統儀器的操作面板，利用工具模板從控制模板中添加輸入控制器和輸出指示器，控制器和指示器種類可選擇。程序框圖是支持虛擬儀器實現其功能的核心，其設計主要包括對節點、數據端口和連線的設計。連線代表數據走向，節點則是函數、VI子程序、結構或代碼接口。

為了使儀表的界面清晰、美觀和舒適，把車輛信息系統的內容按顯示信息的特性和駕駛員的需求頻率分成不同的界面顯示。

3.1 CAN節點部分程序的設計

前面給出了基于HCS12X的CAN節點硬件電路的設計，要完成相應的數據采集任務，還必須實現控制器各個功能模塊程序的編寫，軟件的流程和結構會在一定程度上影響系統的性能，具體的設計流程如圖6所示。主程序如下：

圖6 子節點部分程序設計流程圖Fig．6 Design flow of the child node part

3.2 嵌入式服務器獲取總線數據并與Labview通信

基于STM32的嵌入式服務器一方面要獲取來自于CAN總線上的各種車載信息，另一方面要將獲取的數據通過以太網發送給Labview終端。設計通過中斷嵌套來管理用到的各個內部中斷，其中Systick中斷用于處理Lwip數據包，以太網中斷用于相應客戶端請求，CAN中斷用于接收來自CAN總線上的各種車載信息。客戶端通過發送指定字符向服務器發送請求，服務器予以響應并將本地的車載信息發送至客戶端。

3.3 Labview中定位導航的實現

設計中GPS導航外部接收器采用微軟公司的GPS-500 SIRF III接收模塊，配上專業導航軟件實現了汽車上的導航功能。要實現將導航功能嵌入到設計的用戶界面中，需要通過LABVIEW調用WINDOWS下相關功能的API函數來實現。首先，使用Shell32．DLL下的ShellexecuteA（）函數打開導航軟件，然后通過findwindows（）函數獲取窗口的引用句柄，最后使用setwindowpos（）函數實現對窗口大小以及打開位置的控制。

圖7 調用API實現導航功能Fig．7 Call theWindows API to achieve the navigation function

圖8 基于IMAQ USB的圖像采集的實現Fig．8 Implementation of image acquisition based on IMAQ USB

3.4 圖像采集的實現

使用IMAQ攝像頭實現了圖像信息的獲取，圖8是Labview平臺IMAQ USB圖像采集部分的代碼。

3.5 語音娛樂等功能的實現

對于作品中的語音娛樂功能，即用戶可根據自己需要在Labview界面的適當位置進行視頻播放，上網娛樂等。這些功能的實現都是通過Activex控件將Labview程序作為客戶端去訪問車載電腦中支持Activex容器的程序，比如Windows media，并通過對獲得屬性的控制使用戶對程序的操作只發生在相應的位置。

4 結 論

基于Labview的嵌入式車載信息終端，在現有車載終端的基礎上完成了對車載信息的數字化顯示和遠程的訪問，使車載信息的顯示更加清晰和直觀、信息量更大、智能化程度更高，而且便于升級和維護，具有廣泛的應用前景。雖然目前虛擬儀器技術在車載信息顯示領域尚處于起步階段，還有很多工作要去做，但隨著技術的成熟，必將對汽車產業產生深遠的影響。

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