低功耗藍(lán)牙純電動(dòng)智能車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*（續(xù)1）

朱浩 夏范昌 吉祥 杜勇志 江銀鋒 鄂加強(qiáng) 鄧元望

（1.湖南大學(xué)；2.湖南宏迅億安新能源科技有限公司）

純電動(dòng)汽車(chē)因全球氣候變暖加劇而成為主流的發(fā)展趨勢(shì)之一，優(yōu)化純電動(dòng)汽車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的線束和操作是非常核心的問(wèn)題。而低功耗藍(lán)牙是一種將傳統(tǒng)藍(lán)牙、低功耗和高速傳輸技術(shù)融合在一起的無(wú)線傳輸通信技術(shù)[1]。根據(jù)官方數(shù)據(jù)，藍(lán)牙4.0 的峰值能耗降低到前代版本的一半，而且只有在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，不需要時(shí)處于休眠狀態(tài)，功耗大大降低。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣稱，藍(lán)牙4.0 模塊的外設(shè)可以在1 粒鈕扣電池供電支撐下工作時(shí)間達(dá)到1年以上[2]，并且可以大大減少用戶此前所抱怨的啟動(dòng)速度問(wèn)題。藍(lán)牙從2.1 版本的6 s 完成啟動(dòng)縮短到4.0 版本的僅需3 ms 完成啟動(dòng)[3]。文章基于藍(lán)牙4.0 和某大賽B 型車(chē)，開(kāi)發(fā)了一種智能車(chē)無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括硬件電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟硬件運(yùn)行調(diào)試，并使用LabVIEW 軟件編寫(xiě)了智能車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了智能車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件的可行性與可靠性。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

基于藍(lán)牙4.0 低功耗智能車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)包括硬件電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟硬件運(yùn)行調(diào)試四部分[4]，智能車(chē)各主要模塊的連接和通信，如圖1所示。

圖1 智能車(chē)車(chē)載系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)智能車(chē)整體布置結(jié)構(gòu)，硬件電路設(shè)計(jì)了鋰電池放電監(jiān)測(cè)電路板、鋰電池充電板、鋰電池溫度采集電路板、低功耗藍(lán)牙主從機(jī)電路板及智能車(chē)整車(chē)控制器電路板五大部分。為方便電路板間通信，鋰電池放電監(jiān)測(cè)電路板、鋰電池溫度采集電路板和智能車(chē)整車(chē)控制器都設(shè)計(jì)了CAN 通信接口電路和藍(lán)牙4.0 無(wú)線通信接口[5]。

1.1.1 鋰電池放電監(jiān)測(cè)電路板

本板的功能分四部分，分別對(duì)鋰電池電壓、電流、電量及放電監(jiān)測(cè)板溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警[6]。選取美國(guó)某公司的LTC2943 芯片，該芯片鋰電池電壓范圍為-0.3～24 V，鋰電池電流范圍為0～1.2 A，鋰電池溫度范圍為-65～150 ℃，監(jiān)測(cè)精度為14位ADC[7]。通過(guò)I2C總線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)微控制器STC89C52RC 對(duì)LTC2943 電池監(jiān)測(cè)芯片相應(yīng)寄存器的讀取和寫(xiě)入，完成監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能。STC89C52RC 和LTC2943 間的通信通過(guò)SDA、SCL 和連接實(shí)現(xiàn)。SDA 和SCL 為I2C總線的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線，為警告信號(hào)輸出口和鋰電池完成充電信號(hào)輸入口。三線均通過(guò)一個(gè)2 kΩ的電阻上拉至STC89C52RC 芯片的5 V 電源網(wǎng)絡(luò)VDD。

LTC2943鋰電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路原理，如圖2所示。LTC2943 的I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA 和時(shí)鐘線SCL 接STC89C52RC 單片機(jī)的I/O 口P1.4 和P1.3，通過(guò)總線通信輸出鋰電池狀態(tài)數(shù)據(jù)。作用包括監(jiān)測(cè)警告信號(hào)和監(jiān)測(cè)電池充電電量?jī)煞矫妗．?dāng)LTC2943 的B 寄存器中B[1:0]=10 時(shí)用于監(jiān)測(cè)警告信號(hào)；當(dāng)其處于低電平時(shí)，電池的電壓、電流、電量或溫度中的1 項(xiàng)或多項(xiàng)超過(guò)最低或最高限值，就發(fā)送警告信號(hào)；當(dāng)B[1:0]=01 時(shí)低電平表示鋰電池已完成充電。

圖2 LTC2943鋰電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路原理圖

1.1.2 鋰電池充電板

本板采用美國(guó)某公司的LTC1732 鋰電池充電芯片。電源電壓范圍是8.8～13.2 V，充電電壓為8.4 V，充電電壓精度為±1%，充電電流范圍為400～500 mA，工作溫度為-40～85 ℃[8]。LTC1732硬件電路原理圖，如圖3所示。鋰電池充放電電路由電路原理圖和鋰電池放電監(jiān)測(cè)板的電路原理圖連接組成。采用車(chē)載12 V 直流電源為鋰電池充電，通過(guò)10 V 穩(wěn)壓二極管D4 和限流電阻R1 穩(wěn)定充電電壓，然后，再經(jīng)過(guò)0.25 Ω 的采樣電阻RSENSE 和19.6 kΩ 的編程電阻RPROG 進(jìn)行充電電流控制。

圖3 LTC1732硬件電路原理圖

1.1.3 鋰電池溫度采集電路板

鋰電池溫度采集板使用某半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，對(duì)鋰電池溫度信息進(jìn)行采集，該傳感器支持“單線、總線”功能，能方便地把多個(gè)傳感器聯(lián)網(wǎng)尋址，監(jiān)測(cè)鋰電池各部位溫度。其功能框圖，如圖4所示。該溫度傳感器支持“單線總線”，測(cè)量溫度范圍為-55～125 ℃。在-10～85 ℃范圍內(nèi)，精度為±0.5 ℃，適合惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量[9]，可以通過(guò)單線、總線同時(shí)監(jiān)測(cè)電池包的多點(diǎn)溫度，提高車(chē)載鋰電池安全性和可靠性。

（待續(xù)）