智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)方案

隨著綠色能源理念的不斷深入，發(fā)展電動(dòng)汽車成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)在于零排放或近似零排放、對(duì)環(huán)境污染小使用成本低維護(hù)簡單。但根據(jù)目前的使用現(xiàn)狀，制約電動(dòng)汽車發(fā)展的難點(diǎn)在于充電問題，由于充電樁的分布和設(shè)計(jì)的缺陷，導(dǎo)致電動(dòng)汽車的續(xù)航可靠性受到影響，因此，研究電動(dòng)汽車充電樁優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)核心在于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對(duì)電動(dòng)汽車充電樁嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高充電樁的智能充電能力。

智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及器件選擇

1.1能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)描述

設(shè)計(jì)一種基于嵌人式技術(shù)的智能充電樁入式控制系統(tǒng)，需要首先進(jìn)行了智能充電樁系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述和功能指標(biāo)分析，使用 S3C2440自帶的AD系統(tǒng)進(jìn)行智能充電樁入式控制系統(tǒng)的通道同步采樣設(shè)計(jì)。智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)主要包括了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，其中，主控模塊是控制系統(tǒng)的核心,對(duì)充電的充電能控制的信號(hào)檢測模塊主要由充電信號(hào)接入、電源設(shè)計(jì)入式能控制電路3部分組成。在系統(tǒng)的硬設(shè)計(jì)是 AD制電路、ARM 主控電路板、同步時(shí)鐘設(shè)計(jì)充電信號(hào)調(diào)理電路等。由此，得到智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的模塊總體設(shè)計(jì)。

通過智能充電嵌入式控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行系統(tǒng)的功能指標(biāo)分析，能充電入式控制系統(tǒng)的輸人電壓范圍為：+/-220 V+/360 V，具有 16位定點(diǎn) STM32內(nèi)核，可以實(shí)現(xiàn) 600 kHz的持續(xù)工作系統(tǒng)的最高采樣速率為 250 kHz,可配置為4路組聯(lián)合 Cache系統(tǒng)具有低功耗的特點(diǎn)，支持片外同步或異步存儲(chǔ)器(包括PC133 SDRAM)，系統(tǒng)的穩(wěn)壓狀態(tài)下的功耗為：140 mW(250 kHz,5 V電源)。另外，系統(tǒng)還有 CAN2.0B接口，采用8個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，支持 PWM。根據(jù)上述對(duì)智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述和指標(biāo)分析，進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。在此，進(jìn)行系統(tǒng)的器件選擇。

1.2器件選擇及嵌入式STM32開發(fā)環(huán)境的建立

建立根據(jù)上述對(duì)充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求和指標(biāo)分析，進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ST超低功耗ARM CortexTM-M0微控制器作為式控制系統(tǒng)的主控制器，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以 Linux2632內(nèi)核為平臺(tái)用8 位和 16位微控制器進(jìn)行能充電的人式控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)，能夠在經(jīng)濟(jì)型用戶端產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)智能充電樁的先進(jìn)且復(fù)雜的功能。入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)通常采用交叉編譯環(huán)境，即開發(fā)環(huán)境安裝在桌面或者服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，開發(fā)出的系統(tǒng)則運(yùn)行在其他構(gòu)架的嵌人式計(jì)算機(jī)中。假設(shè) chanVector 為采集通道的列表，F(xiàn)s 為采樣頻率，采用從外部程序存儲(chǔ)器 0FF80H 執(zhí)行程序加載，從片內(nèi)ROM的 OFF8H起執(zhí)行程序?qū)аb載模式能充電樁的嵌入式控制系統(tǒng)的目標(biāo)板與宿主機(jī)使用 232口網(wǎng)線USB 線連接，基于STM32 的智能充電的式控制系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境硬件連接。

選用了 Linux系統(tǒng)作為嵌人式操作系統(tǒng)在Windows系統(tǒng)中安裝 Cygwin 系統(tǒng)，將編譯好的文件傳輸?shù)絎indows 系統(tǒng)中，智能充電的人式控制應(yīng)用程序“模擬”了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) PC環(huán)境在 Linux中使用的各種編譯器編譯出的二進(jìn)制代碼實(shí)現(xiàn) GCC 編譯。能充電的人式控制系統(tǒng)系統(tǒng)的 AD采集模塊由兩個(gè)部分構(gòu)成，是信號(hào)調(diào)理部分，二是采集芯片部分。AD 集模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括 2個(gè) 32 KB 的 SRAM 的 Bank，AD 采集芯片負(fù)責(zé)采集智能充電樁嵌入式控制信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳給主控系統(tǒng)進(jìn)行后級(jí)的數(shù)字處理。主控系統(tǒng)是整個(gè)智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的核心，采用STM32的嵌人式設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在用戶控制面板中構(gòu)建4路組聯(lián)合 Cache，采用8個(gè)32 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行電動(dòng)汽車的智能充電。根據(jù)上述建立的嵌入式 STM32開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。

智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1設(shè)計(jì)部分

根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)模型分析，進(jìn)行智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括了智能充電樁的傳感器模塊設(shè)計(jì)RTC模塊電路設(shè)計(jì)(包括放大電路、調(diào)理電路、濾波電路等)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)STM32 主控系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)和顯示模塊設(shè)計(jì)等，對(duì)其分別描述如下：

1)智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的傳感器模塊主要是進(jìn)行電動(dòng)汽車充電信息和數(shù)據(jù)的采樣檢測，通過低電壓復(fù)位以及看門狗復(fù)位構(gòu)建信號(hào)傳感器，檢測智能充電樁嵌入式控制信息，采用并行外設(shè)接口(PPI構(gòu)建智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的傳感器模塊，它是半雙工形式，支持8個(gè)立體聲PS通道的AD數(shù)據(jù)采樣智能充電入式控制系統(tǒng)的傳感器模塊的接口方式為串行，與嵌人式STM32宿機(jī)連接采用雙路16位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換，最大可進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的輸人輸出，結(jié)合 AD/DA 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車智能充電控制信息的實(shí)時(shí)采集，根據(jù)上述分析，得到智能充電樁嵌式控制系統(tǒng)的傳感器模塊的接口電路。

2)RTC模塊電路設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)智能充電樁嵌入式控制信息的放大、濾波和檢測等調(diào)理功能，采用S3C2440AARM9芯片構(gòu)建智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理LCD控制器，由于STM32 控制時(shí)序比較復(fù)雜，同時(shí)晶振內(nèi)部產(chǎn)生的振蕩信號(hào)會(huì)影響采樣精度和控制精度，為了確保嵌入式控制系統(tǒng)的電路穩(wěn)定可靠工作，采用完整的 RGB數(shù)據(jù)信號(hào)輸出模型進(jìn)行信號(hào)的放大、濾波和檢測，實(shí)現(xiàn)控制時(shí)鐘的中斷，根據(jù)上述分析，得到本文設(shè)計(jì)的 RTC模塊電路。

3)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是處理數(shù)字信息的基礎(chǔ)，也是智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，使用有源晶振進(jìn)行時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，得到設(shè)計(jì)結(jié)果。

4)STM32主控模塊是整個(gè)智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的核心，采用嵌人式設(shè)計(jì)技術(shù)，給出智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的主控模塊的技術(shù)參數(shù)。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用 S3C2440A ARM9 處理器，經(jīng)24倍頻后形成20 MHz的內(nèi)核頻率，使用的交叉編譯器把控制加載統(tǒng)一為armlinux-gec，控制和運(yùn)算核心通過STM32實(shí)現(xiàn)智能充電樁嵌人式控制系統(tǒng)的主控模塊設(shè)計(jì)，結(jié)合嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)，采用S3C2440，運(yùn)行于400MHz。NOR FLASH為2M時(shí)序控制邏輯S接收智能充電樁嵌人式控制的數(shù)據(jù)檢測和輸出特征顯示，并經(jīng)過轉(zhuǎn)換成后及控制邏輯脈沖。

2.2軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)

在上述進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于 STM32的智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)。本系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺(tái)是 ARM CortexTM-MO支持ADI公司 Blackfin 系列SHARC系列以及 TigerSharc 系列的人式微處理控制芯片,采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)對(duì)智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的硬件電路及模塊進(jìn)行參量的初始化，在軟件設(shè)計(jì)中，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，通過對(duì)話框和選單的形式進(jìn)行同步串口 0初始化，輸出窗口會(huì)顯示編譯鏈接過程，利用 C/C++編寫的程序，在 CAN 同步串口中實(shí)現(xiàn)標(biāo)號(hào)或地址上斷點(diǎn)的設(shè)置，在嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)的 Linux 內(nèi)核、系統(tǒng)序shell 以及應(yīng)用序。

通過堆棧或存儲(chǔ)器的位置進(jìn)程管理(process management)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)和遠(yuǎn)程控制。使用了 VisualDSP+十的Siulator和 Emulator 確定變量和數(shù)組需要的存儲(chǔ)空間，結(jié)合STM32嵌人式處理器進(jìn)行編譯器或者匯編器的程序編譯，使用GPIO模擬SPI能充電式控制信息的檢測儀SCLK 給出時(shí)鐘信號(hào)，測試設(shè)計(jì)的程序代碼通過從DOUTA串行接口配置 PPI的操作模式信號(hào)極性以及數(shù)據(jù)寬度，配置 GPIO管腳序?yàn)镈MAx_X_COUNT gpio_setpin ( process management_GPF(0)，1)；

DMA0_X_MODIFY delay(5);DMA0_Y_MODIFY_setpin(S3C2410_GPF(0)，0)；通過管驅(qū)動(dòng)程序配置設(shè)定SPORTO_TCLKDIV 為4即串口發(fā)送時(shí)鐘為12MHz，在人式系統(tǒng)下觸發(fā)AD7656的 CONVST模塊實(shí)現(xiàn)智能充電樁入式控制。