基于CAN總線的電動汽車整車參數(shù)測試網(wǎng)絡
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1、引言
本文引用地址：http://2s4d.com/article/84841.htm現(xiàn)代交通的迅猛發(fā)展帶來的能源與環(huán)境危機已經(jīng)成為世界性的難題。發(fā)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(tǒng)汽車的運行速度、行駛里程等參數(shù)，還包括電動汽車獨有的能耗、電源電壓、電流及電機轉(zhuǎn)速等電氣參數(shù)，參數(shù)多達100多項。掌握這些參數(shù)對于分析電動汽車整體運行性能有著重要意義。這些參數(shù)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(jiān)控節(jié)點集中顯示和記錄的方式構(gòu)造測試網(wǎng)絡?？刂破骶钟蚓W(wǎng)CAN（controller area network）能有效支持分布式和實時控制的串行通訊，與其它現(xiàn)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(yōu)點，是一種在汽車車載測控網(wǎng)絡中成熟應用的總線形式。因此，我們選用CAN總線構(gòu)造電動汽車整車參數(shù)測試網(wǎng)絡。
2、CAN總線網(wǎng)絡總體結(jié)構(gòu)
2.1 監(jiān)測網(wǎng)絡總體結(jié)構(gòu)
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
電動汽車整車運行參數(shù)監(jiān)測網(wǎng)絡共由9個CAN節(jié)點構(gòu)成，包括1個負責網(wǎng)絡調(diào)度與數(shù)據(jù)處理的PC104監(jiān)控節(jié)點和8個單片機數(shù)據(jù)采集節(jié)點。8個數(shù)據(jù)采集節(jié)點包括1個車輛參數(shù)采集節(jié)點、1個動力電池參數(shù)采集節(jié)點、1個輔助電池參數(shù)采集節(jié)點、1個電機參數(shù)采集節(jié)點和4個電池參數(shù)采集節(jié)點。由于動力電池節(jié)點、輔助電池節(jié)點和電機節(jié)點采集的參數(shù)都是電壓、電流以及充放電的能量，因此可以將這三個節(jié)點作為一類節(jié)點設計，統(tǒng)稱為電量參數(shù)采集節(jié)點。動力電池由40節(jié)12V鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，串聯(lián)電池組的性能取決于每節(jié)電池的性能，40組電池參數(shù)在4個電池節(jié)點中分別進行測量，每個節(jié)點負責測試10節(jié)電池的參數(shù)，因此4個電池參數(shù)采集節(jié)點是另一類數(shù)據(jù)采集節(jié)點。此外，還有1個車輛參數(shù)采集節(jié)點，主要采集車輛的各種狀態(tài)，包括車輛啟動、停止，空調(diào)的開關狀態(tài)，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速（針對混合動力車），電機轉(zhuǎn)速。因此這個系統(tǒng)包括了3類數(shù)據(jù)采集節(jié)點，即電量節(jié)點、電池節(jié)點和車輛節(jié)點。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在整個的系統(tǒng)中，共有3類8個數(shù)據(jù)采集節(jié)點，完成146項參數(shù)的采集。采集的數(shù)據(jù)通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控節(jié)點，監(jiān)控節(jié)點也通過微處理器完成總線上數(shù)據(jù)的接收。同時，該節(jié)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(jiān)控節(jié)點從總線上收到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行顯示和記錄。同時，PC104還通過一個串行口直接接收GPS數(shù)據(jù)接收板的車輛速度、經(jīng)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(lián)系起來。信息每0.5秒記錄一次，采用變化記錄的數(shù)據(jù)壓縮算法，并以*.dat文件格式進行存儲。
2.2 網(wǎng)絡中傳輸?shù)男畔?/strong>
CAN總線是通過信息幀傳輸數(shù)據(jù)的，可分為數(shù)據(jù)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(qū)分，標識符越小，報文的優(yōu)先級越高。
監(jiān)控節(jié)點發(fā)送信息的報文標識符為00H，用于向數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)送查詢信息，采集節(jié)點收到監(jiān)控節(jié)點的查詢信息后，向總線上發(fā)送自己的一包數(shù)據(jù)，監(jiān)控節(jié)點收到以后確認此節(jié)點工作正常。通過這種方式，監(jiān)控節(jié)點可以隨時查詢網(wǎng)絡中連接了那些數(shù)據(jù)采集節(jié)點。由于報文所帶數(shù)據(jù)長度最大為8字節(jié)，對于測量參數(shù)較多的電量節(jié)點和電池節(jié)點，需要分配較多的報文標識符。每個電量節(jié)點分配2個標識符，每節(jié)電池分配1個標識符。因為與參數(shù)相聯(lián)系的報文標識符是固定的，根據(jù)收到的標識符就可判斷收到的是哪個參數(shù)。電動汽車整車參數(shù)監(jiān)測網(wǎng)絡中傳送的報文標識符（ID）與參數(shù)的對應關系見表1：
表1 報文標識符與參數(shù)對應表
3、數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計
作為一個運行參數(shù)監(jiān)測網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)工作的基礎。本系統(tǒng)共有3類8個數(shù)據(jù)采集節(jié)點，即車輛參數(shù)采集節(jié)點，3個電量參數(shù)采集節(jié)點和4個電池參數(shù)采集節(jié)點。下面將分別就3類節(jié)點的設計進行介紹。
系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)采集節(jié)點都采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，包括一個微處理器、一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器。微處理器采用INTEL公司的80C196KB，主要負責采集外界的各項參數(shù)，同時管理和調(diào)度節(jié)點的工作，當采集到一組合理的數(shù)據(jù)以后，通過操作CAN控制器向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN控制器選用了SJA1000，它集成了CAN2.0A和CAN2.0B的總線協(xié)議，負責完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。CAN收發(fā)器82C250是CAN控制器和物理總線的接口，其內(nèi)部驅(qū)動電路具有限流電路，提供對總線的差動發(fā)送和接收功能，同時采用了光電隔離同總線交換數(shù)據(jù)，有助于抑制汽車等惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。
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