1、导言
现代交通的迅猛开展带来的动力与环境危机现已成为世界性的难题。开展电动轿车，选用清洁动力，被认为是最好的解决方案之一。为此，各国投入了很多的人力物力进行电动轿车的研讨，并取得了可喜成果。
电动轿车不只包含传统轿车的运转速度、行进路程等参数，还包含电动轿车独有的能耗、电源电压、电流及电机转速等电气参数，参数多达100多项。把握这些参数关于剖析电动轿车全体运转功用有着重要意义。这些参数类型各异、方位涣散，要想会集丈量存在很大困难。因而，需求涣散丈量，再经过监控节点会集显现和记载的办法结构测验网络。操控器局域网CAN(controller area network)能有用支撑分布式和实时操控的串行通讯，与其它现场总线比较，它具有简略牢靠、速率高、无主从以及衔接便利等许多长处，是一种在轿车车载测控网络中老练运用的总线办法。因而，咱们选用CAN总线结构电动轿车整车参数测验网络。
2、 CAN总线网络整体结构
2.1 监测网络整体结构
图1 体系整体结构框图
电动轿车整车运转参数监测网络共由9个CAN节点构成，包含1个担任网络调度与数据处理的PC104监控节点和8个单片机数据收集节点。8个数据收集节点包含1个车辆参数收集节点、1个动力电池参数收集节点、1个辅佐电池参数收集节点、1个电机参数收集节点和4个电池参数收集节点。因为动力电池节点、辅佐电池节点和电机节点收集的参数都是电压、电流以及充放电的能量，因而能够将这三个节点作为一类节点规划，统称为电量参数收集节点。动力电池由40节12V铅酸蓄电池串联而成，串联电池组的功用取决于每节电池的功用，40组电池参数在4个电池节点中别离进行丈量，每个节点担任测验10节电池的参数，因而4个电池参数收集节点是另一类数据收集节点。此外，还有1个车辆参数收集节点，首要收集车辆的各种状况，包含车辆发动、中止，空调的开关状况，发动机的转速(针对混合动力车)，电机转速。因而这个体系包含了3类数据收集节点，即电量节点、电池节点和车辆节点。整个体系的结构如图1所示。
在整个的体系中，共有3类8个数据收集节点，完结146项参数的收集。收集的数据经过CAN总线将数据发送到监控节点，监控节点也经过微处理器完结总线上数据的接纳。一起，该节点经过双口RAM和一台PC104计算机的ISA总线通讯，PC104经过双口RAM获取监控节点从总线上收到的数据，并将数据进行显现和记载。一起，PC104还经过一个串行口直接接纳GPS数据接纳板的车辆速度、经纬度和时钟信息，并作为同步信息进行记载和显现，以便将轿车的实时功用与速度和运转地况联系起来。信息每0.5秒记载一次，选用改变记载的数据压缩算法，并以*.dat文件格局进行存储。该文章叙述了CAN总线的电动轿车整车参数监测网络整体结构剖析(2).
2.2 网络中传输的信息
CAN总线是经过信息帧传输数据的，可分为数据帧、长途帧、过错帧和超载帧。信息以报文为单位传输，不同的报文以标识符(ID)进行区别，标识符越小，报文的优先级越高。
监控节点发送信息的报文标识符为00H，用于向数据收集节点发送查询信息，收集节点收到监控节点的查询信息后，向总线上发送自己的一包数据，监控节点收到今后承认此节点作业正常。经过这种办法，监控节点能够随时查询网络中衔接了那些数据收集节点。因为报文所带数据长度最大为8字节，关于丈量参数较多的电量节点和电池节点，需求分配较多的报文标识符。每个电量节点分配2个标识符，每节电池分配1个标识符。因为与参数相联系的报文标识符是固定的，根据收到的标识符就可判别收到的是哪个参数。电动轿车整车参数监测网络中传送的报文标识符(ID)与参数的对应联系见表1：
表1 报文标识符与参数对应表
3、数据收集节点的规划
作为一个运转参数监测网络，数据收集是体系作业的根底。本体系共有3类8个数据收集节点，即车辆参数收集节点，3个电量参数收集节点和4个电池参数收集节点。下面将别离就3类节点的规划进行介绍。
体系中所有的数据收集节点都选用如图2所示的结构，包含一个微处理器、一个CAN操控器和一个CAN收发器。微处理器选用INTEL公司的80C196KB，首要担任收集外界的各项参数，一起办理和调度节点的作业，当收集到一组合理的数据今后，经过操作CAN操控器向总线上发送数据。CAN操控器选用了SJA1000，它集成了CAN2.0A和CAN2.0B的总线协议，担任完结数据的发送和接纳。CAN收发器82C250是CAN操控器和物理总线的接口，其内部驱动电路具有限流电路，供给对总线的差动发送和接纳功用，一起选用了光电阻隔同总线交流数据，有助于按捺轿车等恶劣电气环境下的瞬变搅扰。
3.1 车辆参数收集节点的规划
车辆节点收集的参数包含车辆发动、中止的状况，空调的开关状况，电机与发动机的转速信息，从收集参数的特征来看，分为开关量和频率量。关于开关量的收集，无需额定的传感器，只需求将电压信号经过光电耦合直接输入微处理器的输进口即可检测;关于频率量的转速，咱们选用了霍尔传感器进行丈量。在输出轴上贴磁钢片，当磁钢片经过霍尔元件时，霍尔传感器输出脉冲，此脉冲经过光电阻隔输入到80C196的高速输进口，因为高速输进口能够自动记载脉冲跳变的时间，能够对脉冲进行精确丈量，并且凹凸频率都适用。车辆收集节点的结构框图如图3所示。
3.2 电量节点的规划
关于电压电流等电参数来说，运用一般的A/D改换很简略丈量;可是关于电能参数，因为是电压电流的时间积分值，运用一般办法丈量起来难度很大。因而关于电量丈量选用集成电量丈量芯片CS5460A，该芯片能够一起丈量电压、电流以及两者的功率和能量。CS5460A是带有串行SPI接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，首要运用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。芯片完结一次校准后，将校准系数存到体系的EEPROM中，每次上电CPU从EEPROM中读出校准系数，并写入丈量芯片中，然后经过SPI接口写入指令，即可进行相应电流电压和电能的丈量。经过SPI接口，微处理器读出该芯片中的丈量成果，更新EEPROM中的电能信息，并经过报文的办法发送到CAN总线上。
为了确保丈量电路的作业牢靠，丈量电路在规划时经过光电阻隔器材将CS5460A的SPI接口和微处理器的I/O口进行阻隔，避免了彼此的搅扰。因为芯片SPI接口的数据线(SDI、SDO)和时钟线(SCLK)信号改变很快，选用高速光耦6N137阻隔，其耦合速率可达10Mbps;而芯片的片选(CS)、复位(RESET)和中止(INT)输出信号归于电平信号，改换速率很低，用一般光耦TLP521-1即可完结。
3.3 电池参数收集节点规划
电动轿车动力电池是由40节12V铅酸蓄电池串联而成，每节电池的功用将影响整个电池组的功用。因而有必要对每一个电池的参数进行丈量。包含每节电池的电压，电流以及丈量传感器的状况。因为共有40节电池，用一个节点进行丈量使命量太大，因而规划了4个节点对40节电池进行丈量，每个节点担任10节电池参数的丈量，电池参数只要电压和电流，能够经过简略的A/D改换得到，因而，电池节点的规划不再具体介绍。
4、根据PC104的监控节点的规划
因为整个网络测验的146项参数都要进行显现和记载，以微处理器为中心的单片机体系明显无法担任如此深重的使命需求。别的选用单片机开发必然会带来巨大的作业量。为了给用户供给友爱的人机交互界面，减小开发作业量，监测节点挑选了结构紧凑，软硬件功用和PC附近的嵌入式PC104模块进行开发。
PC104模块选用嵌入式CPU，选用256MB 袖珍Flash 盘作为体系硬盘，存储操作体系、运用程序和收集数据，选用夏普10.4英寸液晶显现屏作为人机交流的界面。
PC机与外设的接口办法灵活多样决议了CAN操控器和PC机的接口办法也是多种多样的，常用的办法有：RS-232串口、并行打印口、USB接口、ISA总线接口等。本体系中PC104经过双口RAM通讯获取智能接纳节点的数据。所谓的智能接纳节点，是指该节点配有微处理器，它经过双口RAM和PC104完结数据交流，将从总线上接纳到的数据发送到PC104进行显现和记载，并将PC104要发送的数据发送到CAN总线上。因为加入了微处理器，极大地减轻了主机PC104的担负，提高了体系的实时功用。
图4 实验进程中电机电流改变图
4.1 根据信箱格局的双口RAM通讯
信箱结构是完结关于双口RAM内部存储区同享的一种逻辑结构。信箱式同享存储区具有两层意义：首先把各微处理器专用存储区与同享存储区划分开来，仅树立一块较小的同享区供通讯运用;其次对同享区作了细分，效法邮政信箱格局树立了分格局逻辑结构。
智能节点的微处理器和PC104的ISA总线之间经过双口RAM IDT7132进行数据交流，在双口RAM中拓荒了2块公共存储区作为通讯的2个公共信箱，一个用于微处理器向PC104传输数据，另一个用于PC104向微处理器传送数据。下面以微处理器向PC104通讯的公共信箱为例介绍根据信箱格局的通讯办法。
智能节点向PC104传送数据的公共信箱长度为16个字节，其间第一个字节为可读写符号，当任何一方需求操作读写数据时，先查看该字节，若为0AAH，则不能进行操作;若为55H，能够操作;第二个字节是读写次数，表明在PC104读出数据之前，智能节点写入新的数据的次数;第三个字节为该组数据的ID号，以区别不同的数据;第四个字节开端为真实的数据区，数据区的长度根据前面ID的不同会有不同;数据区之后是一个字节的笔直异或校验值(从读写次数开端的异或成果)，能够据此对传输数据的正确性进行验证。
4.2 根据VC的显现记载软件规划
车载PC104节点根据Windows98操作体系完结了实时多使命的可视化程序规划，完结了对146项参数的数据接纳、处理和显现。选用“非定长”数据压缩算法，对很多数据进行记载。因为选用高档言语Visual C6.0进行编程，给规划作业带来了很大便利，界面选用了传统外表显现和动画显现的结合，搭建了友爱的人机交流界面。
5、地上数据剖析处理
地上数据剖析处理软件选用VisualBasic6.0作为开发工具，界面图文并茂，操作简略直观。数据库选用SQL数据库对实验数据进行存储和操作。首要功用是将从PC104转储的实验数据解压后存储为数据库，一起描绘出各种参数随时间改变的曲线。图4为某次运转进程中记载的电机电流曲线图。
剖析软件的功用首要包含：(1)转储实验数据，并对数据解压构成实验数据库;(2)对实验进行回放，再现实验进程中各参数的改变进程;(3)可任意进行部分缩放，能够仔细观察某时间的参数值;(4)可对数据库进行查询和简略的计算，并能够打印查询和计算成果的报表;(5)经过剖析处理软件，能够看出各个参数的改变趋势，为剖析电动轿车的功用供给参阅。
6、结语
电动轿车整车运转参数记载设备在完结研发后，在汕头国家电动轿车运转实验基地装车，经过屡次软硬件调整后，体系运转安稳，各项参数丈量精确，实时性好，记载无误，通讯作业正常，数据处理、剖析正确，达到了预期作用，现已经过项目组的检验。
