基于觸摸屏的人車交互式汽車車身智能控制系統設計與研究

葉遠堅

（南寧職業技術學院，廣西 南寧 530007）

0 引言

隨著中國經濟的快速迅猛發展，人民收入水平的增加，汽車工業的快速發展，使得汽車開始平民化，迅速走入千家萬戶。從2009年開始我國汽車產銷量已突破1000萬輛大關[1]，至2013年汽車產銷量超過2000萬輛[2]。我國汽車普及率迅速提高，截至2018年12月，我國百戶家庭私家車擁有量超過40輛[3]。隨著汽車科技的進步，人們對車輛的舒適度提出了更高的要求。

由于觸摸屏有良好的人機交互性能，如果汽車的某些人機交互功能可以通過觸摸屏來實現，可以更好地提高汽車的使用性能，但這也提高了駕車人對汽車的控制要求。本文以觸摸屏為基礎，設計了一套基于嵌入式組態的觸摸屏和可編程控制器等組成的人機交互式汽車車身控制系統。觸摸屏是一種可通過液晶屏幕前端的傳感器感應到物體的觸碰，將觸碰信號變換成相應的電信號，并輸送到控制器，實現對汽車的控制。本文利用廣西上汽通用五菱汽車的汽車車身設備控制作為樣板來進行設計和研究。

1 基于觸摸屏的汽車控制系統的設計

由于實驗條件的限制，本文采用SIEMENSS7-200PLC和昆侖通態MCGS觸摸屏TPC7062KT組成了這個控制系統。

通過SIEMENS S7-200PLC226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8和昆侖通態MCGS觸摸屏TPC7062KT組成的控制系統，實現對汽車的前照燈（近燈和遠燈）、轉向燈（左轉向和右轉向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、汽車雨刮器、汽車空調等設備進行控制[4-5]。以廣西上汽通用五菱汽車車身設備控制為樣板，本文設計并制作的系統模型框圖如圖1所示。

圖1 系統模型框圖

1.1 系統整體結構

為了保證本汽車控制裝置可靠運行，在汽車監控層設計中選用了昆侖工控MCGS觸摸屏TPC7062KT來監控和顯示汽車的車身裝置的運行狀態，方便駕駛員實時觀察汽車車身設備的運行情況，做出正確合理的控制命令。汽車控制層設計中選用了西門子S7-200PLC226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8作為控制核心。在汽車車身設備層選用了汽車的前照燈（近燈和遠燈），轉向燈（左轉向和右轉向），示寬燈（左示寬和右示寬），汽車雨刮器，汽車空調等設備，并配備相應的軟件，確?？煽?、有效的運行。系統網絡拓撲如下圖2所示。

圖2 系統網絡拓撲圖

控制系統各部分組成介紹：

第一級：汽車設備層

汽車設備層主要是對前照燈、近燈、遠燈、轉向燈、示寬燈、汽車雨刮器電機，汽車空調等設備進行控制，并將反饋信號發送至控制層，在觸摸屏上顯示出來。

第二級：汽車控制層

在汽車設備層上的設備連接到可編程控制器S7-200PLC上，當設備層的設備發出控制信號時，由S7-200PLC將控制信息傳送至觸摸屏。同時，在汽車設備層還設置了相應的按鈕進行控制，以實現雙重保障。當駕駛員不使用觸摸屏控制時，可以通過相應的按鈕或者旋鈕，實現設備層各個設備的控制，例如利用旋鈕可以對車燈進行控制，利用檔位開關可以對雨刮器進行控制，利用按鈕可以對汽車的空調進行控制等。

第三級：監控控制

控制室由1臺昆侖工控MCGS觸摸屏組成。駕駛員可通過觸摸屏，清楚的了解各設備的運行情況，掌握汽車當前的監視參數的變化、設備運行狀態及故障狀態。汽車各設備情況可以通過圖形畫面等形式直觀的顯示。

1.2 樣機的設計和制作

由于實驗條件的限制，本文設計的控制系統模型利用工業鋁型材、亞克力板，搭載了一個汽車車身，利用西門子可編程控制器作為控制核心，并將上汽通用五菱汽車的前照燈（近燈和遠燈）、轉向燈（左轉向和右轉向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、五菱榮光三線大燈開關、宏光V霧燈開關、汽車雨刮器（包括華波五菱榮光雨刮電機，五菱榮光有骨雨刷，宏光雨刮總成噴嘴器（電機+水壺+噴嘴）等）、五菱榮光空調等搭載在了模擬的汽車車身上，設計和制作了基于觸摸屏的汽車控制系統裝置?；谟|摸屏的汽車控制系統實物如圖3所示。

1.3 硬件控制系統的設計

本文選用了西門子S7-200可編程控制器226CN 6ES7 216-2BD23-0XB8作為基于觸摸屏的汽車控制系統的控制核心，上位機監控采用了北京昆侖工控MCGS的TPC7062KX。采用西門子S7-200可編程控制器6ES7 216-2BD23-0XB8設計了燈光系統的結構圖、空調系統的結構圖、雨刮器系統的結構圖。根據汽車燈光的特點，設計的汽車燈光分為遠燈Q0.1、近燈 Q0.2，左轉向燈 Q0.3、右轉向燈 Q0.4，破霧燈Q0.5。燈光系統的結構框圖如圖4所示。

圖4 燈光結構框圖

根據汽車空調使用的情況，設計了的汽車空調分為制冷Q0.6、制熱Q0.7，四個檔位一檔Q1.0、二檔Q1.1，三檔Q1.2、四檔Q1.3，車內循環Q1.4?？照{系統的結構框圖如圖5所示。

圖5 空調結構框圖

根據汽車雨刮器使用的情況，設計了的汽車雨刮器分為三個檔位，一檔Q1.5、二檔Q1.6，三檔Q1.7。汽車雨刮器系統的結構框圖如圖6所示。

圖6 雨刮器結構框圖

1.4 觸摸屏的設計與制作

觸摸屏的設計與制作采用了昆侖通態MCGS觸摸屏TPC7062KT，能夠更加直觀、清晰地展示人機交互組態界面，設計的控制界面，有利于駕駛員操作，駕駛員通過控制畫面，可以清晰直面地查看到汽車的設備運行情況，如車燈的大燈、近燈和遠燈、示寬燈、空調運行、雨刮器等各種設備的運行情況和各種設備的故障報警信息等，有利于駕駛員通過直觀的操作了解實際的操作控制情況。設計的汽車控制系統的控制畫面。組態界面如圖7所示。

圖7 汽車控制的組態界面

可以通過觸摸屏的界面對汽車空調進行控制。對汽車空調控制有兩種模式：一種是空調模式；一種是普通模式。普通模式就是簡單的吹風功能相當于一個電風扇的功能，吹出車體外的空氣（相當于自然風），還可以調整風力的大?。豢照{模式可以選擇制熱或者制冷，當觸摸空調模式的開關按鈕時，打開空調模式，可以按鈕制冷或者制熱，可以加減風力的大小，可以加減檔位，檔位有 1，2，3，4 這四種檔位；還可以選擇車窗除霧，車內空氣循環等。

可以通過觸摸屏的界面對汽車車燈進行控制。當通過觸摸屏來控制燈光時，可以通過觸摸屏上的按鈕來控制汽車車燈，燈光分為近光燈、遠光燈、破霧燈、左閃燈、右閃燈，雙閃模式。

根據前車窗雨水的程度，可以通過觸摸屏的慢檔按鈕、中檔按鈕和快檔按鈕三個檔位來調節汽車雨刮器的雨刮快慢。

2 結論

本文設計制作并實現了一種基于人機交互系統的觸摸屏對汽車的控制系統進行控制。本套系統可以通過觸摸屏實現對汽車的前照燈（近燈和遠燈）、轉向燈（左轉向和右轉向）、示寬燈（左示寬和右示寬）、汽車雨刮器、汽車空調等設備的控制，提高了人機交互性，有利于駕駛人員的操作，對汽車控制的改進有較好的借鑒作用和意義，具有較好的應用前景。