基于Qt5.0的電機電控動力總成智能監控系統設計

曾瑜

（長沙碩博電機有限公司，湖南長沙，410221）

0 前言

隨著國家污染物排放標準的提高和新能源政策的大力推廣，汽車領域迎來了”電動化”、”智能化”的創新革命，新能源車輛產量得到了飛速增長，配套的電機電控動力總成市場需求也越來越大。為了便于對車輛的全過程管控，起著關鍵作用的電機電控動力總成的智能監控系統就顯得尤為重要。但是，目前絕大部分電機電控系統都沒有獨立的、全面的智能監控系統，一般只能通過面板和LCD屏對電機進行簡單的控制和顯示某些參數，更加無法做到實時監控和故障自診斷等功能。

為了解決以上問題，本文基于Qt5.0設計了一套電機電控動力總成的智能監控系統，實現動力總成的運行數據實時監控、故障自檢、故障報警、程序在線升級和預測維保等功能，使電機工作更智能、更高效。

1 系統總體設計方案

本智能監控系統主要包括以TMS320F2812主控芯片為核心的信號實時采集模塊、CAN通訊模塊[1]和基于Qt5.0的數據實時監控模塊，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

其中，信號實時采集模塊由主控芯片TMS320F2812、溫度信號傳感器、位置信號傳感器和電流信號傳感器等組成，主要采集系統的溫度信號、位置信號、電流信號等模擬量信號，TMS320F2812主控芯片除了負責采集這些信號外，還具有另外一個重要的功能，根據這些采集的信號和給定的信號，結合先進的矢量控制算法，對電機進行動力輸出，同時輸出智能監控系統需要的非傳感器直接采集到的一些中間信號。再通過CAN 總線將系統的所有信息進行上發。對一些實時性要求較高的信息如轉速、電流、電壓、溫度等信號采用PDO直接傳輸模式，而對一些實時性要求不是特別高的信號如參數設置信號等采用SDO主從傳輸模式，以減少總線的數據量。智能監控模塊基于Qt5.0，采用CAN總線協議與下位機進行通訊，能夠實時監控電機的運行數據，進行故障自診斷，具有示波器功能和數據存儲與分析功能，同時還可以對電機程序進行在線升級。

2 系統子模塊設計與實現

2.1 主控芯片選擇

本系統選用DSP處理芯片TMS320F2812[2]，它具有DSP的高速運算特點，同時具有單片機的高控制能力。它集成了多路PWM信號發生器，高速高精度ADC以及用于電機速度和位置反饋的編碼器接口。 其快速的A/D轉換器便于實現電流電壓檢測；SCI接口能夠直接與智能型絕對式位置編碼器通信；系統運行和采樣時間的基準時間可以選用芯片自帶的通用定時器；豐富的I/O資源，便于鍵盤輸入和LCD顯示控制。

2.2 實時采集模塊

信號實時采集模塊[3]由TMS320F2812主控芯片、電源電路、復位電路、信號采集電路、信號給定電路、保護電路和CAN通訊接口電路等組成。實時采集模塊框圖如圖2所示。

圖2 實時采集模塊框圖

本系統選用多摩川TS5667N120智能型絕對式編碼器[4]進行直接位置檢測，通過TMS320F2812的SCI接口實現編碼器的通信，這樣不但節省成本，而且結構更加緊湊。

目前常用的電機相電流檢測方法有霍爾元件采樣、電阻采樣、磁敏電阻采樣和直流電流互感器采樣法等，本系統選用TBC10P電流傳感器，其測量電流范圍為20A，它的初、次級線圈之間是絕緣的，抗干擾能力超強，能夠測量直流電流和交流電流。

2.3 通訊管理模塊

TMS320F2812芯片自帶1路CAN總線接口，外部只需擴展CAN驅動器，本系統選用TI的SN65HVD232，它可驅動CAN控制器和物理總線間的接口，實現CAN總線的高速發送和接收功能。CAN總線與TMS320F2812的接口電路如圖3所示。

圖3 CAN總線與TMS320F2812的接口電路示意圖

3 智能監控軟件設計

智能監控軟件基于Qt5.0[5]開發，Qt是一個跨平臺的C++圖像用戶界面應用程序框架。它為應用程序開發者提供建立藝術級圖形界面所需的所有功能。它是完全面向對象的，很容易擴展，并且允許真正的組件編程。本智能監控軟件主要由歡迎界面、注冊界面、CAN設置界面、客戶端界面、調試端界面、程序下載界面等組成，通過CAN總線通信。

3.1 歡迎界面與注冊界面

進入系統后，首先進入歡迎界面，如果軟件未注冊或已過期，會提示先注冊，此時，只能進入注冊界面。進入注冊界面后，向我司索要注冊碼進行注冊才能進入其他功能界面。若系統已注冊并且在有效期之內，會默認進入CAN設置界面。歡迎界如圖4所示，注冊界面如圖5所示。

圖4 歡迎界面

圖5 注冊界面

3.2 CAN設置界面

注冊成功后，會默認進入CAN設置界面，根據實際使用的CAN設備配置正確的設備廠家，本系統支持北京愛泰和創芯電子的CAN分析儀，以及PCAN設備，同時配置好其他CAN參數，即可連接CAN分析儀，正常連接后進入客戶端界面。CAN設置界面如圖6所示。

圖6 CAN設置界面

3.3 客戶端界面功能

客戶端界面能實時顯示電機的轉速、轉矩、母線電壓、相電流和溫度等運行數據，并且能對電機的速度、運行方式、主動放電、電機停機/啟動等進行控制，對報警信息進行顯示和提醒。客戶端界面如圖7所示。

圖7 客戶端界面

3.4 程序在線升級功能

程序下載界面能夠對電機控制程序進行在線升級，掃描到節點后，選擇對應節點和正確的程序源文件，按照提示即可完成程序在線升級。程序下載界面如圖8所示。

圖8 程序下載界面

3.5 調試界面

調試界面可以實時監控電機運行過程中的更多詳細信息，實現電機的精確控制，具有示波器功能和參數設置、讀取功能，主要故障顯示等功能。調試界面如圖9所示。

圖9 調試界面

3.6 故障報警界面

故障報警界面能顯示電機電控動力總成的當前故障和歷史故障詳細情況，具有故障自診斷功能，為預測維保提供有效信息，并且，所有故障具有導出和導入功能。故障報警界面如圖10所示。

圖10 故障報警界面

4 結語

本設計完成了一種基于Qt5.0的電機電控動力總成智能監控系統，由實時信號采集模塊、CAN通信模塊和智能監控軟件模塊組成，實現了電機電控動力總成的運行數據實時監控、軟件在線升級、故障報警和預測維保等功能，解決了傳統電機管理、維護困難等問題，使電機工作更智能、更高效。