摘要：为会意决汽车司机驾驶时须要频仍折腰查看仪表盘时容易大意火线途况音信，从而变成交通事情产生的题目，将早期操纵到战役机上的低头显示体例（Head Up Disp

摘要：为会意决汽车司机驾驶时须要频仍折腰查看仪表盘时容易大意火线途况音信，从而变成交通事情产生的题目，将早期操纵到战役机上的低头显示体例（Head Up Display,以下简称HUD）操纵到汽车上，使司机无需折腰即可查看车辆运转时的极少紧急参数音信。采用STM32单片机举动主控，将罗致到的数据音信显示正在像源上，将像源中的音信透射到反光镜中，再反射到合成器上，司机通过合成器即可巡视到像源上显示的实质。为了验证本安排的HUD上能显示凿凿的温度值而且显示的音信能随境况亮度而转移，采用温度传感器收罗水温的音信来模仿温度传感器收罗汽车水箱的温度音信；采用光敏传感器检测差别光照强度来调度像源的亮度。试验结果讲明，像源能正在差别光照强度下都能及时显示水温转移的音信，且正在合成器上显示的音信安宁、牢靠。

跟着社会开展，汽车已走进千家万户，然而过众的车辆使得交通安然越来越首要。司机正在驾驶车辆时，不但须要时期巡视车外的途况音信，还得频仍折腰查看仪表盘。有推敲讲明，司机将视线从车外搬动到仪表盘上查看音信后又将视线移到车外巡视途况这一操作时光大约为4~7s，此中耗费正在仪表盘上的时光约为3~5s，将司机查看仪表盘用掉的时光界说为驾驶盲区时光，大约有20%的道途交通事情是因为查看仪表盘的音信而惹起。希奇是高速行驶的汽车，3~5s的盲区时光将会导致首要的交通事情产生。是以，采用低头显示器将车辆运转时的紧急音信投射正在司机眼睛火线的风挡玻璃上，使司机无需折腰就能查看车辆运转时的紧急参数音信是极为紧急的。

2016年，Intersil公司提出了采用激光扫描MEMS来举动HUD的投影体例，比拟于LCD HUD和DLP HUD来说，该体例具有更高的电导率，而且低落了团体光学体例繁杂性和尺寸。到2017年，德州仪器又颁发了新一代的DLP HUD手艺，采用全新的DLP3030-Q1芯片组来开垦，可将图像投射到7.5米或更远的地点。2017年大陆集团提出的DMD低头显示器，将古代的前风挡玻璃交换为大猩猩玻璃出产的前挡风玻璃，该体例能够获得可视鸿沟更大的虚像，无需采用楔形构造对光学体例实行改正，有用的防范重影产生。咱们国家推敲低头显示器体例的时光相对照较晚，缺乏相干研发阅历，普及率也较量低。华阳集团采用OLED显示屏研发出的一款便携式HUD，和凡是液晶屏显示图像相同，不具备远视的后果。

低头显示体例（Head Up Display）最早是产生正在第一次全国大战时期美国的战役机上举动对准器用的，自后人们将它援用到汽车上辅助驾驶。它厉重是愚弄了光学反射的道理，将汽车的极少紧急的参数音信（如速率、油箱油量、导航音信、胎压音信等）投射正在汽车前挡风玻璃或外加的合成器上，由前挡风玻璃或合成器将这些音信反射到司机眼中，司机透过前挡风玻璃或合成器看到漂浮正在汽车引擎盖上方的虚像，司机无需折腰即可查看汽车运转时的极少紧急的参数音信。

采用了基于STM32的车载低头显示体例安排计划。如图1为体例团体构架框图。该体例厉重分为电源电途、数据收罗模块、音信照料及像源限定模块、像源模块、光学投影模块，此中由电源电途为统统体例供电，采用温度传感器去检测汽车水箱的温度音信，采用液晶屏来显示温度传感器检测到的温度值，采用光敏传感器来检测光照强度音信，并通过检测到光照强度值来调度背光源的亮度，进而调度液晶屏显示图像的亮度，使液晶屏上显示了解的图像。采用准直透镜对背光源发射出来的光源实行准直，使得投射到液晶屏上的光加倍匀称，采用反射镜来罗致液晶屏上的图像音信，并将该图像反射到合成器中后再反射到司机眼中，司机透过合成器即可查看到液晶屏上显示的实质音信。

目前，投影显示手艺厉重分为反射式和透射式两种投射类型，此中：反射式投射为：硅基液晶LCOS和数码光途照料器DLP两种，透射式投射形式有为：液晶显示器LCD。

此中：硅基液晶（LCOS）是一项相对新奇的显示手艺，将液晶硅涂抹正在CMOS集成电途芯片上举动LCD的基片。正在磨平的CMOS集成电途芯片上镀铝后成为反射镜，接着将CMOS基板与电极上的玻璃基板相贴合，再注入液晶封装而成。可是出产工艺禁止了硅基液晶LCOS的开展，繁杂的工艺导致LCOS良品率较低，这个缺陷使得它的上风未能获得很好的阐述。

数码光途照料器（DLP）是美国德州仪器公司开垦的，它的光阀成像器件采用了数字微反射器，它是一种将DMD数字微镜举动成像器件的手艺，使得图像的灰度品级获得了很大的降低，消弭了图像噪声，这个手艺采用了数字微反射器后，有用的降低了成像器件的总光恶果。由于数码光途照料器采用的照料形式为分时段式，因而用它来播放动态画面时，画面质料会有所降落。况且因为DLP的投影离别率与成像器件的物理属性的必然的相干性，使得它正在高离别率操纵园地中很难限定住出产本钱。

LCD投影仪是正在液晶屏背后加背光源，将液晶屏上的实质投射出来的一种仪器，因为活性液晶能够透光，驱动液晶屏中对应像素点的液晶分子，使其具有活性，再愚弄背光源映照正在这些具有活性的液晶分子上即可正在液晶屏上看到相应的图像。主流的LCD投影机采用的是三芯片呆板，它具有赤色，绿色和蓝色的独立LCD面板。能够正在独立的LCD面板上调度对应通道的亮度和对照度，减少投影后果，也许获得高保真度的颜色。LCD液晶屏具有低职业电压、小功率、长命命、高离别率、图像颜色丰裕、画面宗旨感好的上风，是以较量适合举动投影器件。

基于上述解析，本安排采用单片式LCD投影手艺将温度传感器检测到的音信投射到合成器上，选用TFT-LCD举动LCD的像源，遵照光敏传感器检测到的光照强度音信来调度背光源的亮度，进而调度像源图像的亮度。

采用STM32单片机举动HUD的限定器。对温度传感器和光敏传感器检测到的数据实行解析照料后，将温度音信写入到液晶屏中显示，并遵照光敏传感器检测到的光照强度音信来更动背光源亮度，进而更动液晶屏显示的图像亮度。

HUD的主控电途厉重网罗主控芯片、电源电途、启动筑设电途、调试测试电途、复位电途、掉电数据保管电途。如图2为HUD的主控电途图。

主控芯片采用STM32F103RCT6，其甜头正在于STM32F103RCT6采用了Cortex M3举动内核，供给了丰裕的加强I/O端口和联接到两条APB总线K字节 FLASH，并外扩16M字节SPIFLASH，满意大数据存储需求。职业频率能够到达72MHz。具有3个12位的ADC、6个依时器（通用16位和PWM），I2C接口有2个，SPI接口有3个，I2S接口有2个，SDIO接口有1个，USART接口5个，USB接口1个，CAN接口1个。

本安排正在HUD主控电途中列入了电源电途，以确保主控芯片不会被烧坏。STM32F103RCT6采用了3.3V稳压电源供电，故采用电源线性稳压芯片将电压安宁正在3.3V，该芯片型号为AMS1117-3.3，是一种正向低压降稳压器，将输入的电压转化为3.3V输出。它具有4个数字电源端口和一个模仿电源端口，电源输入、输出端口分裂接上一个滤波电容，采用LED灯珠提示电源的职业状况。同时还设有液晶屏指示灯（LED），用于提示液晶屏的职业状况，当对应的LED灯亮时，证明液晶屏处于职业状况。

正在STM32复位后，须要对STM32的启动形式实行采选，STM32自己具有BOOT0（B0）和BOOT1（B1）两个启动采选引脚，树立BOOT0（B0）和BOOT1（B1）的输出电平来告终差别的功用，须要采用串口下载圭表时，将BOOT0树立为1，BOOT1树立为0，若让STM32一按复位时就起源职业，将BOOT0树立为0，BOOT1大意树立。启动形式与BOOT0（B0）和BOOT1（B1）之间的对应合连如表1所示。

STM32撑持两种调试接口，分裂为JTAG调试接口和SWD调试接口。此中：轨范的JTAG调试接口须要占用5个IO口，容易导致IO口不敷用的状况，而用SWD调试接口只需2个IO口，大大俭朴了IO数目。因为两种调试接口到达的后果相同，因而选用SWD接口实行硬件调试。

采用复位电途对STM32F103RCT6芯片实行复位，通过一个电阻和一个电容组合而成的RC复位电途，这个电途能够延时，当不琢磨流入RESET端的电流时，这个电途是一阶RC电途。当RESET处于高电平的时光到达两个呆板周期时，即可告终STM32F103RCT6芯片复位。

为了使体例掉电后数据不会损失，采用掉电数据保管器来保管数据，掉电数据保管器选型为可擦可编程只读存储器EEPROM（型号为24C02）。将24C02芯片直与STM32的IO毗邻，即可正在体例掉电后将紧急的数据存储起来。

归纳琢磨，车载低头显示器体例的像源采用SONY公司研发的1.8寸LCX028AMT液晶屏。其个人参数如下：屏尺寸：1.8寸；显示比例：4:3；对照度：250:1；响当令间：33ms；驱动电压：5V。

本安排采用两片数据驱动器CXA7004R来举动LCX028AMT的驱动器，罗致STM32限定器发送来的12位数字输入信号，CXA7004R对这12位数字信号转化为6个相位的模仿信号输出。能够正在CXA7004R中发生预充脉冲波，可是该预充脉冲波不行够对液晶屏直接实行驱动， 因而须要正在液晶屏和CXA7004R之间加上一个缓冲器，本安排采用LT1206缓冲器举动CXA7004R的缓冲；此外还将CXA7004R发生的VCOM电压来驱动液晶屏。如图3为像源驱动电途道理图。

CXA7004R索尼公司特意为驱动TFT-LCD面板而开垦的驱动IC，它的厉重功用有：撑持12位输入；低输出过错；具有3线通信调度功用；撑持点和线反转驱动形式；最高撑持SXGA信号；VCOM电压发生电途；发生预脉冲波形。

本安排的采用LCD举动像源。因为TFT-LCD中的液晶分子是一种处于固态和液态之间的一种奇特物质，其本身没有发光的才智，因而须要为液晶屏树立背光源本领显示图像。同时背光源的亮度也会影响液晶屏显示图像的亮度，因而须要对背光源的亮度实行调度。

为了符合司机眼睛的视觉感知，调度LED的亮度时，采用线形调度形式，使得LED的亮度不会疾速加强或削弱，有用的避免对眼睛的欺负。为了到达这一宗旨，安排了LED亮度调度弧线。显示亮度和亮度品级之间的函数合连为：

准直透镜将背光源LED的光束准直扩束匀称的映照到液晶屏上，使得液晶屏显示出来的图像加倍了解，对照度更高。

本安排采用恒压驱动形式驱动LED灯,通过STM32F103RCT6芯片限定GS6200驱动芯片的状况来限定流过LED的电流，进而更动通过LED的电流巨细，到达调度LED亮度的后果。采用两颗LED并联后与电阻串联的形式酿成一个LED灯组，三个LED灯组并联后酿成液晶屏的背光源，当某一歧途的LED产生断途或者短途时，不会影响其它歧途的LED灯职业。此中，GS6200是一个PWM降压转换器（DC/DC转换器），它能输出固定的频率（52kHz），能够驱动一个2A的负载，具有高恶果、恒定电流、恒定电压充电的甜头，其牢靠性强，输入电压鸿沟为,输出电压可从1.35V调度到37V，图4为背光源的电途道理图。STM32F103RCT6芯片限定GS6200的开合引脚EN，由STM32F103RCT6芯片输出PWM信号告终调光。

本安排顶用到的电源有5V、12V等差别级其它电压源，此中5V电源为主控电途供电，12V电源为低头显示器体例供电，分裂采用LM7812、LM7805降压器将汽车上的24V电压分两途降压为12V和5V电压，如许能够防范像源驱动电途、背光源电途和主控电途之间发生骚扰，从而影响画面。如图5为HUD的电源电途图。

现有汽车上的信号厉重有互换信号、直流信号、脉宽调制信号、频率调制信号、串行数据信号等5类；此中汽车的水箱温度信号属于直流信号。因而将收罗到的汽车水箱温度信号显示正在低头显示器上，同时为了验证液晶屏显示温度的凿凿性，正在统一境况下，通过温度传感器和水温计分裂同时伸入装有差别温度的水的杯子中实行水温丈量，以此来验证HUD上显示的温度值的凿凿性；另外，须要正在差别光照条目下都能够看到了解的图像，因而须要收罗光照强度音信来更动背光源亮度，从而更动液晶屏显示音信的亮度。

本安排采用了DS18B20温度传感器来检测水温，相对付热敏电阻来说，它的合用电压更宽、体积小、能够简便的与微照料器接口。DS18B20的检测鸿沟为-55℃至+125℃，具有5℃的精度。

如图6为DS18B20的内部框图。它的筑设寄存器能够许诺自界说温度转换为9Bits、10Bits、11Bits、12Bits精度。将DS18B20接入主控芯片时，须要正在其信号输出端接一个上拉电阻，向DS18B20供电时，电容旁边的二极管导通，使外部电源VDD变为内部电源，内部电源一方面为电容充电，另一方面为64位ROM存储器供电，因为电容上方的二极管反向链接，因而外部电源不会通向数据线DQ，当外部电源断开时，电容为64位ROM存储器供电，另外，DS18B20能够不须要外部电源来供给电源，当数据线DQ罗致到高电平常，由数据线位ROM存储器供电，同时为电容充电，当数据线DQ上的信号变为低电平常，电容放电来为64位ROM存储器供电。

3.5.2光泽收罗采用光敏传感器来检测光泽强度，将收罗到的信号照料后发送给主控芯片解析照料，主控芯片遵照检测到的光照强度来调度背光源的亮度，从而调度液晶屏显示图像的亮度，使得司机正在差别光照强度下均能理解地查看低头显示器上的图像音信，避免司机的眼睛受到液晶屏亮度的骚扰。

将光敏电阻收罗到数据通过双电压较量器LM393放大、滤波后接入到主控芯片，采用LED灯举动光敏传感器的指示灯，当光敏传感器检测到光照强度低于预设值时，数字开合量输出端（AO ）输出高电平，当外界境况光照轻度比设定阀值高的时刻，AO端输出低电平。AO端与主控芯片直接毗邻，通过主控芯片来检测AO端传来的电平凹凸，由此来判决光泽输出端直接与主控芯片的ADC引脚相连，能够得出加倍凿凿的光照强度值，因为本安排须要遵照光照强度的完全值来调度LED的亮度，因而将LM393的D0输出端口接入主控芯片。此中采用过宽电压LM393较量器照料光敏传感器检测到的数据，能够减小输出信号的杂波，且波形完好，驱动才智可越过15mA。

体例初始化后即起源判决罗致标识位，若标识位无效，则一连判决罗致标识位，若标识位有用时，则断根罗致标识位，启动温度传感器和光敏传感器职业，使温度传感器和光敏传感器将数据发送到主控芯片，主控芯片对温度传感器和豁后传感器收罗到的数据实行照料，结尾将照料过的音信显示正在液晶屏上，因为主控芯片须要及时罗致温度传感器的数据音信并照料后限定液晶屏显示相应的图像音信，对光敏传感器传来数据实行解析照料后，调度GS6200的输出电流，进而调度LED的亮度，使得LED的亮度随光照强度的转移而转移。因而体例主圭表该当轮回罗致并照料温度传感器和光敏传感器传来的数据音信。体例圭表流程图如图7所示。

先对DS18B20实行体例初始化，接着检测DS18B20的输出端有没稀有据传输进来，当DS18B20未将数据传输给主控芯片时，则须要一连罗致DS18B20收罗的数据，直到DS18B20收罗到数据后，通过ROM操作夂箢将数据存储到存储器中，再启动存储操作夂箢将温度音信读取出来。因为DS18B20须要及时检测汽车带头机的温度，以便于司性能及时查看带头机的温度，确保带头机温度不越过预设值，因而须要轮回检测带头机温度音信。如图8为DS18B20收罗温度音信流程图。

对体例实行初始化后起源检测LM393的DO口是否有输出，未检测到LM393的DO端口有输出值时，须要让光敏电阻不休的检测，并将检测到的值经LM393电途放大滤波后传输给主控芯片，主控芯片读取DO端口输出的数据，并通过主控芯片对传来的音信实行AD转换，将这些数据转换为对应的光照强度值，遵照光照强度值的巨细来调度GS6200的输出电流，进而调度LED的亮度，使得液晶屏上显示的图像音信能跟着光照强度的转移而转移，到达司机眼睛适意的值。如图9为光敏传感器收罗温度音信流程图。

对体例实行初始化，当须要液晶屏显示实质音信时，对液晶屏的显示界面实行安排，使得低头显示器显示的显示画面整洁，让司性能一眼看出汽车带头机的温度值，无需司机四处寻找带头机温度值显示的地点，液晶屏的显示界面安排好后，将DS18B20收罗到的数据照料解析后，转化为相应的温度值显示正在液晶屏上，由于液晶屏须要及时显示温度值，因而须要轮回检测体例是否须要显示温度音信，假设不须要液晶屏显示图像时，即可结尾显示音信。图10为显示限定圭表安排图。

为了验证液晶屏显示DS18B20检测水温到的温度值的凿凿性，将毗邻好主控芯片的DS18B20探头和水温计同时顺次伸入装有差别温度的水的杯子中，巡视水温计上显示的温度值，再对照低头显示器上显示的温度值，并记载同偶然刻水温计的读数值和低头显示器上显示的温度值，对差别的水温实行3次丈量，并记载下来。因为试验条目的束缚，无法获得水温的轨范值，因而本安排拟采纳水温计检测到的水温为轨范，采用水温计和DS18B20同时对统一水温实行丈量，更动水温再查看低头显示器上显示的温度值和水温计检测到的温度值，盘算出DS18B20检测到的温度值是否正在精度鸿沟内。表2为水温计和低头显示器上显示的温度值。

解析较量水温计和DS18B20同时对统一水温实行丈量的结果讲明，差别的水温境况下，DS18B20检测到的温度值均处于它的精度鸿沟之内。由此讲明本安排的低头显示器体例显示DS18B20收罗到的数据的凿凿率高，误检率较量低，是以吻合本安排中温度收罗的哀求。

为了测试本安排显示温度音信的凿凿性和显示音信的亮度随光照强度转移而转移，正在液晶屏上显示“head up display”字样，正在“head up display”下方显示温度的数据音信，由背光源将液晶屏上显示的实质音信投射到反光镜上，通过反光镜反射到合成器上，由合成器中奇特的材质将音信反射到人眼，透过合成器即可巡视到液晶屏上显示的实质音信。将低头显示器体例放到差别的光照条目下巡视显示的实质音信，低头显示器体例上显示的图像音信亮度会跟着光照强度的转移而转移。测试结果讲明，本安排的低头显示器体例正在差别的光照强度下，也许了解显示温度音信，满意安排哀求。图5-1为低头显示器体例显示温度音信的后果图。

采用STM32单片机举动主控，为车载低头显示器体例安排相应的主控电途、背光源电途、像源驱动电途、电源电途等，通过DS18B20来收罗水杯中水的温度，到达模仿温度传感器收罗汽车水箱温度的后果，并将收罗到的温度音信显示正在液晶屏上，将像源中的音信透射到反光镜中，再反射到合成器上，通过合成器即可巡视到像源上显示的温度音信，通过温度传感器和水温计同时顺次伸入装有差别温度的水的杯子中实行水温丈量，以此来验证HUD上显示的温度值的凿凿性，同时采用光敏传感器检测差别光照强度来更动像源的亮度，使司机正在差别的光照境况下能了解的查看HUD上显示的水箱温度音信。测试结果讲明，合成器上显示的音信安宁、牢靠。

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