基于CAN 總線電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

馮麗沙

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，河北 石家莊 050091）

目前，電動(dòng)汽車的發(fā)展正處于研究階段，技術(shù)尚未成熟。車載數(shù)據(jù)信息的采集是一切研究工作的關(guān)鍵，只有獲取較為精確的系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化，才能盡可能地避免出現(xiàn)故障。

CAN(Control Area Network,控制器局域網(wǎng))總線是一種多主總線，采用通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論上不受限制，具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，支持差分收發(fā)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，被認(rèn)為是電動(dòng)汽車最佳通訊結(jié)構(gòu)。為此，基于CAN 總線的電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究尤為重要。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)采用普通的PC 機(jī)，下位機(jī)選用TI 公司的TMS320F28335 型數(shù)字信號(hào)處理器，整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括主控模塊、存儲(chǔ)模塊、信號(hào)處理模塊和通信模塊四部分。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 TMS320F28335 簡(jiǎn)介

TMS320F28335 型數(shù)字信號(hào)處理器具有150 MHz 的高速處理能力，具備32 位浮點(diǎn)處理單元，12 位A/D 精度，18 個(gè)PWM 口，成本低，功耗小，性能高，數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)量大；片上外設(shè)集成度高，包括 EPWM 模塊（電機(jī)控制接口）、串行外設(shè)接口SPI、串行通信接口SCI 模塊和增強(qiáng)型CAN 模塊等，能夠滿足系統(tǒng)需求。

一個(gè)完整的DSP 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括控制芯片F(xiàn)28335 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)及外圍電路設(shè)計(jì)，以保證芯片能夠正常穩(wěn)定的工作。F28335 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和JTAG 模塊等，外圍電路包括ADC 模擬輸入通道的調(diào)理電路、CAN 通信電路等。以下僅給出了電源電路、JTAG 接口電路和信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。

1.2 電源電路

F28335 處理器的內(nèi)核供電電壓為1.9V，接口電壓為3.3V，而外設(shè)電壓一般為5V，需要將3.3V 轉(zhuǎn)換成5V，因此需要設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)選用500mA 的線性穩(wěn)壓器LP8345CDT-3.3 進(jìn)行降壓，并經(jīng)過(guò)肖特基二極管MBR0520LT1進(jìn)行整流，同時(shí)，需要一些電容進(jìn)行濾波和去耦，以改善芯片供電情況。

1.3 JTAG 接口電路

F28335 芯片內(nèi)部集成了標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 接口，將F28335的JTAG 接口和仿真器相連，芯片通過(guò)仿真器和PC 上集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的調(diào)試工具連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)軟件對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試，因此需要設(shè)計(jì)JTAG 接口電路。

1.4 信號(hào)調(diào)理電路

F28335 的ADC 模塊可處理的電壓范圍為0 ～3V，但在實(shí)際應(yīng)用中，帶測(cè)量的電壓范圍常常跳躍很大，此時(shí)如果將待測(cè)電壓直接接到ADC 輸入口上將損壞ADC 采樣模塊；另外，待測(cè)電壓通常夾雜著高頻噪聲信號(hào)，為防止尖峰電壓損壞ADC 模塊，同時(shí)為得到更為純凈的輸入信號(hào)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用TI 公司推出的代碼編譯器CCS。本系統(tǒng)利用C++語(yǔ)言進(jìn)行軟件程序的開(kāi)發(fā)。

軟件程序主要包括主程序和中斷服務(wù)程序。主程序流程圖如圖2 所示。

圖2 主程序流程圖

2.1 ADC 模塊設(shè)計(jì)

ADC 具有16 個(gè)通道，可以配置成供ePWM 模塊使用的兩個(gè)獨(dú)立的8 通道轉(zhuǎn)換單元，模擬電壓輸入范圍為0 ～3V，具有雙采樣保持器的12 位轉(zhuǎn)換內(nèi)核，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為12.5MHz，采樣速度為6.25MSPS。

ADC 模塊設(shè)計(jì)主要包括A/D 轉(zhuǎn)換、中斷處理、SCI 串口發(fā)送三部分，用來(lái)采集電壓信號(hào)。模擬電壓的轉(zhuǎn)換值計(jì)算公式如下：

（1）輸入電壓在0 ～3V之間時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果=4095×（輸入電壓-ADCLO）/3；

（2）輸入電壓大于等于3V 時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果=4095。

2.2 eQEP 模塊設(shè)計(jì)

eQEP 模塊與編碼器配合使用可以獲取高精度的電機(jī)位置、方向和轉(zhuǎn)速信息。eQEP 模塊支持兩種測(cè)速方法：M 法和T 法。在低速模式下，利用T 法可以獲得更高的測(cè)量精度，即系統(tǒng)首先產(chǎn)生一個(gè)高頻時(shí)鐘脈沖，通過(guò)記錄兩個(gè)正交脈沖間的高頻時(shí)鐘個(gè)數(shù)，得出所需的時(shí)間，從而計(jì)算出轉(zhuǎn)速。

本模塊包括eQEP.h、eQEP.c 和aMain.c 3 個(gè)應(yīng)用文件。eQEP.h 用來(lái)對(duì)變量進(jìn)行定義，用來(lái)對(duì)初始化程序及測(cè)速程序進(jìn)行定義，eQEP.c 用來(lái)對(duì)以上兩文件函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，aMain.c 完成速度測(cè)量。

2.3 eCAN 模塊設(shè)計(jì)

eCAN 模塊是完整的CAN 控制器，具有32 個(gè)可配置為接收或者發(fā)送的郵箱，支持0-8 位數(shù)據(jù)。eCAN 模塊的配置必須在EALLOW 被啟用時(shí)完成，主要包括項(xiàng)目頭文件DSP28x_Project.h、定義傳輸時(shí)間、main 主程序等。主程序主要包括定義CAN 控制寄存器的映射寄存器、配置被測(cè)試的郵箱為發(fā)送郵箱、使能被測(cè)試的郵箱、寫(xiě)入郵箱和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

3 試驗(yàn)

本試驗(yàn)在北汽EV160 純電動(dòng)汽車上進(jìn)行電壓信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。在CCS 開(kāi)發(fā)環(huán)境下分別運(yùn)行電壓信號(hào)采集程序和轉(zhuǎn)速信號(hào)采集程序。采集到的電壓信號(hào)波形圖如圖3 所示，采集到的轉(zhuǎn)速信號(hào)如圖4 所示。

圖3 電壓信號(hào)波形圖

圖4 轉(zhuǎn)速信號(hào)波形圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用TMS320F28335 型數(shù)字信號(hào)處理器開(kāi)發(fā)出一套基于CAN 總線的電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠完成對(duì)電壓、轉(zhuǎn)速等信號(hào)的采集工作，并在北汽EV160 純電動(dòng)汽車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為今后電動(dòng)汽車的研究奠定了基礎(chǔ)。