1、    基于CAN總線的電動汽車整車參數測試網絡    基于CAN總線的電動汽車整車參數測試網絡    類別：汽車電子      摘要:本文介紹了基于CAN總線的電動汽車車載參數測試網絡的設計。通過8個基于微處理器的CAN節點采集146項電動汽車參數；通過1個基于PC104的CAN監測節點完成數據的顯示和記錄，并可通過移動存儲器將記錄的數據轉儲，由地面軟件分析電動汽車運行過程中的各項參數指標。最后給出了系統在汕頭國家

2、電動汽車檢測試驗基地的試驗數據。 關鍵詞：CAN總線節點采集參數 1、引言 現代交通的迅猛發展帶來的能源與環境危機已經成為世界性的難題。發展電動汽車，采用清潔能源，被認為是最好的解決方案之一。為此，各國投入了大量的人力物力進行電動汽車的研究，并取得了可喜成果。 電動汽車不僅包括傳統汽車的運行速度、行駛里程等參數，還包括電動汽車獨有的能耗、電源電壓、電流及電機轉速等電氣參數，參數多達100多項。掌握這些參數對于分析電動汽車整體運行性能有著重要意義。這些參數類型各異、位置分散，要想集中測量存在很大困難。因此，需要分散測量，再通過監控節點集中顯示和記錄的方式構造測試網絡。控制器局域網CAN（cont

3、roller area network）能有效支持分布式和實時控制的串行通訊，與其它現場總線相比，它具有簡單可靠、速率高、無主從以及連接方便等諸多優點，是一種在汽車車載測控網絡中成熟應用的總線形式。因此，我們選用CAN總線構造電動汽車整車參數測試網絡。 2、 CAN總線網絡總體結構 2.1 監測網絡總體結構    圖1系統總體結構框圖 電動汽車整車運行參數監測網絡共由9個CAN節點構成，包括1個負責網絡調度與數據處理的PC104監控節點和8個單片機數據采集節點。8個數據采集節點包括1個車輛參數采集節點、1個動力電池參數采集節點、1個輔助電池參數采集節點、

4、1個電機參數采集節點和4個電池參數采集節點。由于動力電池節點、輔助電池節點和電機節點采集的參數都是電壓、電流以及充放電的能量，因此可以將這三個節點作為一類節點設計，統稱為電量參數采集節點。動力電池由40節12V鉛酸蓄電池串聯而成，串聯電池組的性能取決于每節電池的性能，40組電池參數在4個電池節點中分別進行測量，每個節點負責測試10節電池的參數，因此4個電池參數采集節點是另一類數據采集節點。此外，還有1個車輛參數采集節點，主要采集車輛的各種狀態，包括車輛啟動、停止，空調的開關狀態，發動機的轉速（針對混合動力車），電機轉速。因此這個系統包括了3類數據采集節點，即電量節點、電池節點和車輛節點。整個系

5、統的結構如圖1所示。 在整個的系統中，共有3類8個數據采集節點，完成146項參數的采集。采集的數據通過CAN總線將數據發送到監控節點，監控節點也通過微處理器完成總線上數據的接收。同時，該節點通過雙口RAM和一臺PC104計算機的ISA總線通訊，PC104通過雙口RAM獲取監控節點從總線上收到的數據，并將數據進行顯示和記錄。同時，PC104還通過一個串行口直接接收GPS數據接收板的車輛速度、經緯度和時鐘信息，并作為同步信息進行記錄和顯示，以便將汽車的實時性能與速度和運行地況聯系起來。信息每0.5秒記錄一次，采用變化記錄的數據壓縮算法，并以*.dat文件格式進行存儲。 2.2 網絡中傳輸的信息 C

6、AN總線是通過信息幀傳輸數據的，可分為數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。信息以報文為單位傳輸，不同的報文以標識符（ID）進行區分，標識符越小，報文的優先級越高。    監控節點發送信息的報文標識符為00H，用于向數據采集節點發送查詢信息，采集節點收到監控節點的查詢信息后，向總線上發送自己的一包數據，監控節點收到以后確認此節點工作正常。通過這種方式，監控節點可以隨時查詢網絡中連接了那些數據采集節點。由于報文所帶數據長度最大為8字節，對于測量參數較多的電量節點和電池節點，需要分配較多的報文標識符。每個電量節點分配2個標識符，每節電池分配1個標識符。因為與參數相

7、聯系的報文標識符是固定的，根據收到的標識符就可判斷收到的是哪個參數。電動汽車整車參數監測網絡中傳送的報文標識符（ID）與參數的對應關系見表1：    ID    長度    Byte1    Byte2    Byte3    Byte4    Byte5    Byte6

8、60;   Byte7    Byte8    1    6    動力電壓    動力電流    環境溫度    2    8    動力電池充電量    動力電池放電

9、量    3    4    輔助電壓    輔助電流     4    8    輔助電池充電量    輔助電池放電量    5    4    電機電壓&#

10、160;   電機電流     6    8    電機反饋電量    電機耗電量    7    5    狀態    發動機轉速    電機轉速    847

11、0;   6    1輛采集節點的結構框圖如圖3所示。 3.2 電量節點的設計 對于電壓電流等電參數來說，應用通常的A/D變換很容易測量；但是對于電能參數，由于是電壓電流的時間積分值，應用普通方法測量起來難度很大。因此對于電量測量選用集成電量測量芯片CS5460A，該芯片可以同時測量電壓、電流以及兩者的功率和能量。CS5460A是帶有串行SPI接口的單相雙向功率/電能計量集成電路芯片，主要應用在單相電子式電能表和三相電子式電能表中。芯片完成一次校準后，將校準系數存到系統的EEPROM中，每次上電CPU從EEPROM中讀出校準

12、系數，并寫入測量芯片中，然后通過SPI接口寫入命令，即可進行相應電流電壓和電能的測量。通過SPI接口，微處理器讀出該芯片中的測量結果，更新EEPROM中的電能信息，并通過報文的方式發送到CAN總線上。    為了保證測量電路的工作可靠，測量電路在設計時通過光電隔離器件將CS5460A的SPI接口和微處理器的I/O口進行隔離，防止了相互的干擾。由于芯片SPI接口的數據線(SDI、SDO)和時鐘線(SCLK)信號變化很快，選用高速光耦6N137隔離，其耦合速率可達10Mbps；而芯片的片選（CS）、復位(RESET)和中斷(INT)輸出信號屬于電平信號，變換

13、速率很低，用普通光耦TLP521-1即可實現。 3.3 電池參數采集節點設計 電動汽車動力電池是由40節12V鉛酸蓄電池串聯而成，每節電池的性能將影響整個電池組的性能。因此有必要對每一個電池的參數進行測量。包括每節電池的電壓，電流以及測量傳感器的狀態。由于共有40節電池，用一個節點進行測量任務量太大，因此設計了4個節點對40節電池進行測量，每個節點負責10節電池參數的測量，電池參數只有電壓和電流，可以通過簡單的A/D變換得到，因此，電池節點的設計不再詳細介紹。 4、基于PC104的監控節點的設計 由于整個網絡測試的146項參數都要進行顯示和記錄，以微處理器為核心的單片機系統顯然無法勝任如此繁重

14、的任務需求。另外采用單片機開發必然會帶來巨大的工作量。為了給用戶提供友好的人機交互界面，減小開發工作量，監測節點選擇了結構緊湊，軟硬件功能和PC相近的嵌入式PC104模塊進行開發。 PC104模塊采用嵌入式CPU，選用256MB 袖珍Flash 盤作為系統硬盤，存儲操作系統、應用程序和采集數據，選用夏普10.4英寸液晶顯示屏作為人機交換的界面。 PC機與外設的接口方式靈活多樣決定了CAN控制器和PC機的接口方式也是多種多樣的，常用的方式有：RS-232串口、并行打印口、USB接口、ISA總線接口等。本系統中PC104通過雙口RAM通訊獲取智能接收節點的數據。所謂的智能接收節點，是指該節點配有微

15、處理器，它通過雙口RAM和PC104完成數據交換，將從總線上接收到的數據發送到PC104進行顯示和記錄，并將PC104要發送的數據發送到CAN總線上。由于加入了微處理器，極大地減輕了主機PC104的負擔，提高了系統的實時性能。    圖4 試驗過程中電機電流變化圖4.1 基于信箱格式的雙口RAM通訊 信箱結構是實現對于雙口RAM內部存儲區共享的一種邏輯結構。信箱式共享存儲區具有兩層含義：首先把各微處理器專用存儲區與共享存儲區劃分開來，僅建立一塊較小的共享區供通訊使用；其次對共享區作了細分，仿效郵政信箱格式建立了分格式邏輯結構。 智能節點的微處理器和PC1

16、04的ISA總線之間通過雙口RAM IDT7132進行數據交換，在雙口RAM中開辟了2塊公共存儲區作為通訊的2個公共信箱，一個用于微處理器向PC104傳輸數據，另一個用于PC104向微處理器傳送數據。下面以微處理器向PC104通訊的公共信箱為例介紹基于信箱格式的通訊方式。 智能節點向PC104傳送數據的公共信箱長度為16個字節，其中第一個字節為可讀寫標記，當任何一方需要操作讀寫數據時，先檢查該字節，若為0AAH，則不能進行操作；若為55H，可以操作；第二個字節是讀寫次數，表示在PC104讀出數據之前，智能節點寫入新的數據的次數；第三個字節為該組數據的ID號，以區分不同的數據；第四個字節開始為真

17、正的數據區，數據區的長度依據前面ID的不同會有差別；數據區之后是一個字節的垂直異或校驗值（從讀寫次數開始的異或結果），可以據此對傳輸數據的正確性進行驗證。 4.2 基于VC的顯示記錄軟件設計 車載PC104節點基于Windows98操作系統完成了實時多任務的可視化程序設計，實現了對146項參數的數據接收、處理和顯示。采用“非定長”數據壓縮算法，對大量數據進行記錄。由于采用高級語言Visual C6.0進行編程，給設計工作帶來了很大方便，界面采用了傳統儀表顯示和動畫顯示的結合，搭建了友好的人機交換界面。 5、地面數據分析處理 地面數據分析處理軟件采用VisualBasic6.0作為開發工具，界面圖文并茂，操作簡單直觀。數據庫采用SQL數據庫對實驗數據進行存儲和操作。主要功能是將從PC104轉儲的實驗數據解壓后存儲為數據庫，同時描繪出各種參數隨時間變化的曲線。圖4為某次運行過程中記錄的電機電流曲線圖。 分析軟件的功能主要包括：（1）轉儲實驗數據，并對數據解壓形成實驗數據庫；（2）對實驗進行回放，再現實驗過程中各參數的變化過程；（3）可任意進行局部縮放，能夠仔細觀察某時刻的參數值；（4）可對數據庫進行查詢和簡單的統計，并可以打印查詢和統計結果的報表；（5）通過分析處理軟件，可以看出各個參數的變化趨勢，為分析電動汽車的性能提供參考。 6、結語 電動汽車整車運行參數記錄