基于LabVIEW的纯电动汽车仪表盘设计_王思哲
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图 １ ＶＩＳＡ 的调用流程图
1.VISA 串行通信基本功能模块介绍 在 Labview 功 能 模 板 的 Function>>InstrumentI/O>>VISA 程 序 库 中包含进行串行通信操作的一些功能模块： （1）VISA 配置串口函数（图 2 所示） 该函数用于串口的初始化，在利用计算机控制串口仪器设备时， 会经常用到这个函数在进行串行通信前，首先要配置好串口，即先初 始化串口，使计算串口的各种参数设计与仪器设备的串口保持一致，
纯电动汽车对汽车仪表提出新的要求
纯电动汽车是在全球石油价格上涨、城市环境污染越来越严重的 推动下重新提出的新型汽车， 相对传统汽车在节能环保方面优势明显， 代表着未来汽车发展的方向。因而各大汽车公司竞相开展纯电动汽车 项目，部分纯电动汽车已经在国内外市场销售。然而，由于纯电动汽 车自身是个新兴产业，相关零部件厂商也是近几年才投入开发产品， 技术积累少，经验不足，开发周期长。电动汽车仪表就是其中重要零 部件之一，它需求信息量大且需随时调整，同时，需要满足消费者对 时尚、美感的要求。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。基于 LabVIEW 的纯电动汽车仪表虚拟设计方 法，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
汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，也是汽车最重要 的零部件之一。随着车辆自动化和仪表的技术水平不断提高，汽车厂 家也在仪表盘上费尽心思，让小小的仪表盘变得越来越漂亮，功能越 来越多，从实用开始走向时尚、炫目。传统汽车中以单片机为控制核 心的设计方式由于其设计线路复杂，制成后不易调整，外形古板、单 调等原因难以满足实际需求。汽车仪表正逐步向数字化与智能化方向 发展，用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍使用的电器式或电子 式仪表已成为实现车辆自动化的一个重要课题。用 LabVIEW 虚拟仪 器技术开发汽车仪表，能有效化解开发成本高，开发周期长，可移植 性差，开发效率低等方面的问题，并可以实现集数据采集、信号分析、 计算处理等多项功能的汽车仪表盘。虚拟仪表能实时准确的接收来自 下位机的水温、转速、电量（SOC）等的相关数据，利用公式等进行 分析计算后将数据通过虚拟仪器面板进行显示。与传统模拟电路式仪 表相比具有显著优势。
纯电动汽车仪表盘的功能分析
纯电动汽车仪表是用以监测汽车各系统工作状况的装置，用户能 通过汽车仪表随时掌握汽车各部件的工作状态，为正确使用和维修电 机提供依据和指南。汽车仪表盘主要有以下几大功能：车速表、里程 表、电量表（SOC）、警告灯、水温表。车速表是用来指示汽车车速
（上汽通用五菱汽车股份有限公司）
信息与电脑 / 2013 / 05
P=
60 f n
（3）
式中： P 为转速 r /min， f 为频率； n 为电机极对数。 2 指示灯及报警模块设计 仪表盘上的指示灯包括近光灯、安全带指示、ABS 指示灯、手刹 灯等。当水温过高或电量不足时相应的指示灯会闪烁，提示驾驶员及 时了解行车状况。以温度模块为例，其程序框图如图 8 所示。温度模 块可以实现对超出高温限制的数据会及时报警，红灯闪烁并发出蜂鸣 声。
3 时间显示模块 时间显示模块用来显示当前时间，方便驾驶员读取。直接采集 PC 机的系统时间并显示。时间显示程序部分程序框图如图 9 所示。
结束语
采用 NI 的 LabVIEW 软件系统，使得笔者在短期内开发了一套 虚拟的纯电动汽车仪表，该仪表能够快速准确的完成各项功能测试， 且具备可扩展性，可以很方便的移植到其他产品中。虚拟数字式汽车
图 ２ 配置串口子 ＶＩ
（2）VISA 读取函数（图 3 所示）
图 ３ ＶＩＳＡ 读取函数
该函数的功能是将串口中的数据读出，然后利用 LabVIEW 的数 据处理功能对其进行分析处理。 （3）VISA 写入函数（图 4 所示）
图 ６ ＶＩＳＡ 通信流程图
系统功能模块设计与实现
1 串口通信及数据显示模块设计 在 LabVIEW 环境中使用串口的基本步骤如图 7 所示。
图 １０ 汽车仪表盘前面板
的装置，其单位是 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。车速指示范围为 0km ／ h ～ 200 km ／ h。 里程表是记录汽车累计行驶里程数的装置，最小单位为 m，指示有九 位数，最高记录里程为 999 999.999km。电量表（SOC）用来指示当 前电池内储电量的百分比，指针指不同的刻度线表示不同的储电量百
图 ８ 温度显示及报警模块程序图
分比。其他警告类的指示灯为开关量，超限制或者出现故障就闪烁并 发出警报声。 1. 仪表面板设计 对车速、 电机转速、 SOC、 水温及各指示灯状态面板如图 10 所示。 2. 运行分析 运行该程序可发现，车速表，转速表，SOC 表，水温表，左右转 向指示灯及时间 / 日期等都可以正常工作，各项数据等均与原车仪表 基本符合。
05 / 2013 / China Computer&Communication
３５
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Research
研发
这样才能正确的通信。
节总数， 即把属性节点输出端子接入 “VISA 读取” 节点的输入端子 “字 节总数”。VISA Close 函数将打开的 VISA 资源关闭并释放与之关联 的所有资源。VISA 串口通信流程代码如图 6 所示。笔者利用虚拟仪 器自带函数接收来自下位机发送的脉冲信号，模拟实际行车过程中电 机转速、车速、SOC、水温等的变化，经过模数转换函数转换为数字 信号后利用相关函数进行计算，将结果连接至仪表指示端进行显示， 实现对汽车仪表运行过程的仿真。
该函数将打开的 VISA 资源关闭，VISA resource name 输入参数 为包含会话信息的资源名。该函数关闭 VISA 会话，并释放与之关联 的所有资源。 2.VISA 串行通信流程 利用 VISA 函数接收数据， 首先用 VISA 配置函数进行串口初始化， 即参数配置，包括波特率，通道口，数据位等，其次利用 VISA 读函 数与写函数对数据进行读写操作，VISA 通信接收或发送数据都是字 符串。VISA 读函数从 VISA 资源名称所指定的串口中读取指定字节 的数据，并将数据返回至读取缓冲区。有时不知道串口缓存区有多少 字节的数据，为防字节总数设置错误，这是可以利用属性节点获取字
基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的纯电动汽车仪表盘设计
王思哲
针对汽车仪表发展的新趋势，本文对国内汽车仪表的现状和发展远景进行了概述，针对性的研究了基于 LabVIEW 技术的虚拟纯电动汽车仪表，提出了一种可行性方案，分别从 LabVIEW 软件实现方法、下位机和虚拟仪 器通信方法两方面进行了阐述。设计出的纯电动汽车虚拟仪表盘可以实现日期 / 时间、电机转速、车速、电池电量、 续航里程及各指示灯状态等信息量的显示，具有一定的实用性。
V=
3600aπ d sk
（1）
式中： V 是车速，km/h； a 为每指定间隔时间段内输入脉冲数；
d 为车轮直径； s 是指定间隔计数时间，ms； k 为脉冲数每转。里程
值的换算方法：
l=
nπ d 1000k
（2）
式中： l 为里程，km； n 为总脉冲输入计数器。电动机转速值的 换算方法如下：
３４
图 ４ ＶＩＳＡ 写入函数
该函数的功能是向 VISA resource name 所代表的仪器或接口写入 信息。 （4）VISA 关闭函数（图 5 所示）
图 ７ 串口通信模块程序图
PC 机接收由串口传来的数据后，利用公式节点对相关数据进行
图 ５ ＶＩＳＡ 关闭函数
计算， 将结果连接至仪表终端进行显示。 车速值的基本换算方法如下：
多的仪表，也使车内空间变得更加宽敞、舒适和美观。
基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的串口通信
LabVIEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研 制开发的，类似于 C 和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算 机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生 代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程 序是框图的形式。LabVIEW 提供了丰富的仪器控制功能，支持虚拟 仪器架构 VISA（virtual software architecture），目前 VISA 已完整的 集成了与 GBIP、VXI、RS － 232、RS － 485 和内插式数据采集卡等 硬件的通信，通过对 VISA 节点的调用，可以方便、快速地实ห้องสมุดไป่ตู้系统 上位机对下位机的实时监控。它的调用流程如图 1 所示。
图 ９ 时间显示程序部分程序框图
仪表的应用，使仪表的读数更加清晰和直观、信息量更大、智能化程 度更高、功耗低及开发周期短、可移植性强，相对传统的仪表在成本 上有很大优势，因此具有广泛的应用前景。
作者简介：王思哲，男，1982 年 6 月出生，籍贯陕西宝鸡，专业 自动化，职称：助理工程师，工作单位上汽通用五菱汽车股份有限公司。
1.VISA 串行通信基本功能模块介绍 在 Labview 功 能 模 板 的 Function>>InstrumentI/O>>VISA 程 序 库 中包含进行串行通信操作的一些功能模块： （1）VISA 配置串口函数（图 2 所示） 该函数用于串口的初始化，在利用计算机控制串口仪器设备时， 会经常用到这个函数在进行串行通信前，首先要配置好串口，即先初 始化串口，使计算串口的各种参数设计与仪器设备的串口保持一致，
纯电动汽车对汽车仪表提出新的要求
纯电动汽车是在全球石油价格上涨、城市环境污染越来越严重的 推动下重新提出的新型汽车， 相对传统汽车在节能环保方面优势明显， 代表着未来汽车发展的方向。因而各大汽车公司竞相开展纯电动汽车 项目，部分纯电动汽车已经在国内外市场销售。然而，由于纯电动汽 车自身是个新兴产业，相关零部件厂商也是近几年才投入开发产品， 技术积累少，经验不足，开发周期长。电动汽车仪表就是其中重要零 部件之一，它需求信息量大且需随时调整，同时，需要满足消费者对 时尚、美感的要求。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。基于 LabVIEW 的纯电动汽车仪表虚拟设计方 法，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
汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，也是汽车最重要 的零部件之一。随着车辆自动化和仪表的技术水平不断提高，汽车厂 家也在仪表盘上费尽心思，让小小的仪表盘变得越来越漂亮，功能越 来越多，从实用开始走向时尚、炫目。传统汽车中以单片机为控制核 心的设计方式由于其设计线路复杂，制成后不易调整，外形古板、单 调等原因难以满足实际需求。汽车仪表正逐步向数字化与智能化方向 发展，用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍使用的电器式或电子 式仪表已成为实现车辆自动化的一个重要课题。用 LabVIEW 虚拟仪 器技术开发汽车仪表，能有效化解开发成本高，开发周期长，可移植 性差，开发效率低等方面的问题，并可以实现集数据采集、信号分析、 计算处理等多项功能的汽车仪表盘。虚拟仪表能实时准确的接收来自 下位机的水温、转速、电量（SOC）等的相关数据，利用公式等进行 分析计算后将数据通过虚拟仪器面板进行显示。与传统模拟电路式仪 表相比具有显著优势。
纯电动汽车仪表盘的功能分析
纯电动汽车仪表是用以监测汽车各系统工作状况的装置，用户能 通过汽车仪表随时掌握汽车各部件的工作状态，为正确使用和维修电 机提供依据和指南。汽车仪表盘主要有以下几大功能：车速表、里程 表、电量表（SOC）、警告灯、水温表。车速表是用来指示汽车车速
（上汽通用五菱汽车股份有限公司）
信息与电脑 / 2013 / 05
P=
60 f n
（3）
式中： P 为转速 r /min， f 为频率； n 为电机极对数。 2 指示灯及报警模块设计 仪表盘上的指示灯包括近光灯、安全带指示、ABS 指示灯、手刹 灯等。当水温过高或电量不足时相应的指示灯会闪烁，提示驾驶员及 时了解行车状况。以温度模块为例，其程序框图如图 8 所示。温度模 块可以实现对超出高温限制的数据会及时报警，红灯闪烁并发出蜂鸣 声。
3 时间显示模块 时间显示模块用来显示当前时间，方便驾驶员读取。直接采集 PC 机的系统时间并显示。时间显示程序部分程序框图如图 9 所示。
结束语
采用 NI 的 LabVIEW 软件系统，使得笔者在短期内开发了一套 虚拟的纯电动汽车仪表，该仪表能够快速准确的完成各项功能测试， 且具备可扩展性，可以很方便的移植到其他产品中。虚拟数字式汽车
图 ２ 配置串口子 ＶＩ
（2）VISA 读取函数（图 3 所示）
图 ３ ＶＩＳＡ 读取函数
该函数的功能是将串口中的数据读出，然后利用 LabVIEW 的数 据处理功能对其进行分析处理。 （3）VISA 写入函数（图 4 所示）
图 ６ ＶＩＳＡ 通信流程图
系统功能模块设计与实现
1 串口通信及数据显示模块设计 在 LabVIEW 环境中使用串口的基本步骤如图 7 所示。
图 １０ 汽车仪表盘前面板
的装置，其单位是 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。车速指示范围为 0km ／ h ～ 200 km ／ h。 里程表是记录汽车累计行驶里程数的装置，最小单位为 m，指示有九 位数，最高记录里程为 999 999.999km。电量表（SOC）用来指示当 前电池内储电量的百分比，指针指不同的刻度线表示不同的储电量百
图 ８ 温度显示及报警模块程序图
分比。其他警告类的指示灯为开关量，超限制或者出现故障就闪烁并 发出警报声。 1. 仪表面板设计 对车速、 电机转速、 SOC、 水温及各指示灯状态面板如图 10 所示。 2. 运行分析 运行该程序可发现，车速表，转速表，SOC 表，水温表，左右转 向指示灯及时间 / 日期等都可以正常工作，各项数据等均与原车仪表 基本符合。
05 / 2013 / China Computer&Communication
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Research
研发
这样才能正确的通信。
节总数， 即把属性节点输出端子接入 “VISA 读取” 节点的输入端子 “字 节总数”。VISA Close 函数将打开的 VISA 资源关闭并释放与之关联 的所有资源。VISA 串口通信流程代码如图 6 所示。笔者利用虚拟仪 器自带函数接收来自下位机发送的脉冲信号，模拟实际行车过程中电 机转速、车速、SOC、水温等的变化，经过模数转换函数转换为数字 信号后利用相关函数进行计算，将结果连接至仪表指示端进行显示， 实现对汽车仪表运行过程的仿真。
该函数将打开的 VISA 资源关闭，VISA resource name 输入参数 为包含会话信息的资源名。该函数关闭 VISA 会话，并释放与之关联 的所有资源。 2.VISA 串行通信流程 利用 VISA 函数接收数据， 首先用 VISA 配置函数进行串口初始化， 即参数配置，包括波特率，通道口，数据位等，其次利用 VISA 读函 数与写函数对数据进行读写操作，VISA 通信接收或发送数据都是字 符串。VISA 读函数从 VISA 资源名称所指定的串口中读取指定字节 的数据，并将数据返回至读取缓冲区。有时不知道串口缓存区有多少 字节的数据，为防字节总数设置错误，这是可以利用属性节点获取字
基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的纯电动汽车仪表盘设计
王思哲
针对汽车仪表发展的新趋势，本文对国内汽车仪表的现状和发展远景进行了概述，针对性的研究了基于 LabVIEW 技术的虚拟纯电动汽车仪表，提出了一种可行性方案，分别从 LabVIEW 软件实现方法、下位机和虚拟仪 器通信方法两方面进行了阐述。设计出的纯电动汽车虚拟仪表盘可以实现日期 / 时间、电机转速、车速、电池电量、 续航里程及各指示灯状态等信息量的显示，具有一定的实用性。
V=
3600aπ d sk
（1）
式中： V 是车速，km/h； a 为每指定间隔时间段内输入脉冲数；
d 为车轮直径； s 是指定间隔计数时间，ms； k 为脉冲数每转。里程
值的换算方法：
l=
nπ d 1000k
（2）
式中： l 为里程，km； n 为总脉冲输入计数器。电动机转速值的 换算方法如下：
３４
图 ４ ＶＩＳＡ 写入函数
该函数的功能是向 VISA resource name 所代表的仪器或接口写入 信息。 （4）VISA 关闭函数（图 5 所示）
图 ７ 串口通信模块程序图
PC 机接收由串口传来的数据后，利用公式节点对相关数据进行
图 ５ ＶＩＳＡ 关闭函数
计算， 将结果连接至仪表终端进行显示。 车速值的基本换算方法如下：
多的仪表，也使车内空间变得更加宽敞、舒适和美观。
基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的串口通信
LabVIEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研 制开发的，类似于 C 和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算 机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生 代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程 序是框图的形式。LabVIEW 提供了丰富的仪器控制功能，支持虚拟 仪器架构 VISA（virtual software architecture），目前 VISA 已完整的 集成了与 GBIP、VXI、RS － 232、RS － 485 和内插式数据采集卡等 硬件的通信，通过对 VISA 节点的调用，可以方便、快速地实ห้องสมุดไป่ตู้系统 上位机对下位机的实时监控。它的调用流程如图 1 所示。
图 ９ 时间显示程序部分程序框图
仪表的应用，使仪表的读数更加清晰和直观、信息量更大、智能化程 度更高、功耗低及开发周期短、可移植性强，相对传统的仪表在成本 上有很大优势，因此具有广泛的应用前景。
作者简介：王思哲，男，1982 年 6 月出生，籍贯陕西宝鸡，专业 自动化，职称：助理工程师，工作单位上汽通用五菱汽车股份有限公司。