基于CAN總線的電動汽車整車參數(shù)測試網(wǎng)絡

　　3.1 車輛參數(shù)采集節(jié)點的設計

　　車輛節(jié)點采集的參數(shù)包括車輛啟動、停止的狀態(tài)，空調(diào)的開關狀態(tài)，電機與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息，從采集參數(shù)的特征來看，分為開關量和頻率量。對于開關量的采集，無需額外的傳感器，只需要將電壓信號通過光電耦合直接輸入微處理器的輸入口即可檢測；對于頻率量的轉(zhuǎn)速，我們選用了霍爾傳感器進行測量。在輸出軸上貼磁鋼片，當磁鋼片通過霍爾元件時，霍爾傳感器輸出脈沖，此脈沖通過光電隔離輸入到80C196的高速輸入口，由于高速輸入口可以自動記錄脈沖跳變的時刻，可以對脈沖進行精確測量，而且高低頻率都適用。車輛采集節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

　　3.2 電量節(jié)點的設計

　　對于電壓電流等電參數(shù)來說，應用通常的A/D變換很容易測量；但是對于電能參數(shù)，由于是電壓電流的時間積分值，應用普通方法測量起來難度很大。因此對于電量測量選用集成電量測量芯片CS5460A，該芯片可以同時測量電壓、電流以及兩者的功率和能量。CS5460A是帶有串行SPI接口的單相雙向功率/電能計量集成電路芯片，主要應用在單相電子式電能表和三相電子式電能表中。芯片完成一次校準后，將校準系數(shù)存到系統(tǒng)的EEPROM中，每次上電CPU從EEPROM中讀出校準系數(shù)，并寫入測量芯片中，然后通過SPI接口寫入命令，即可進行相應電流電壓和電能的測量。通過SPI接口，微處理器讀出該芯片中的測量結(jié)果，更新EEPROM中的電能信息，并通過報文的方式發(fā)送到CAN總線上。

　　為了保證測量電路的工作可靠，測量電路在設計時通過光電隔離器件將CS5460A的SPI接口和微處理器的I/O口進行隔離，防止了相互的干擾。由于芯片SPI接口的數(shù)據(jù)線(SDI、SDO)和時鐘線(SCLK)信號變化很快，選用高速光耦6N137隔離，其耦合速率可達10Mbps；而芯片的片選（CS）、復位(RESET)和中斷(INT)輸出信號屬于電平信號，變換速率很低，用普通光耦TLP521-1即可實現(xiàn)。

　　3.3 電池參數(shù)采集節(jié)點設計

　　電動汽車動力電池是由40節(jié)12V鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，每節(jié)電池的性能將影響整個電池組的性能。因此有必要對每一個電池的參數(shù)進行測量。包括每節(jié)電池的電壓，電流以及測量傳感器的狀態(tài)。由于共有40節(jié)電池，用一個節(jié)點進行測量任務量太大，因此設計了4個節(jié)點對40節(jié)電池進行測量，每個節(jié)點負責10節(jié)電池參數(shù)的測量，電池參數(shù)只有電壓和電流，可以通過簡單的A/D變換得到，因此，電池節(jié)點的設計不再詳細介紹。

　　4、基于PC104的監(jiān)控節(jié)點的設計

　　由于整個網(wǎng)絡測試的146項參數(shù)都要進行顯示和記錄，以微處理器為核心的單片機系統(tǒng)顯然無法勝任如此繁重的任務需求。另外采用單片機開發(fā)必然會帶來巨大的工作量。為了給用戶提供友好的人機交互界面，減小開發(fā)工作量，監(jiān)測節(jié)點選擇了結(jié)構(gòu)緊湊，軟硬件功能和PC相近的嵌入式PC104模塊進行開發(fā)。

　　PC104模塊采用嵌入式CPU，選用256MB 袖珍Flash 盤作為系統(tǒng)硬盤，存儲操作系統(tǒng)、應用程序和采集數(shù)據(jù)，選用夏普10.4英寸液晶顯示屏作為人機交換的界面。

　　PC機與外設的接口方式靈活多樣決定了CAN控制器和PC機的接口方式也是多種多樣的，常用的方式有：RS-232串口、并行打印口、USB接口、ISA總線接口等。本系統(tǒng)中PC104通過雙口RAM通訊獲取智能接收節(jié)點的數(shù)據(jù)。所謂的智能接收節(jié)點，是指該節(jié)點配有微處理器，它通過雙口RAM和PC104完成數(shù)據(jù)交換，將從總線上接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC104進行顯示和記錄，并將PC104要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。由于加入了微處理器，極大地減輕了主機PC104的負擔，提高了系統(tǒng)的實時性能。

　　4.1 基于信箱格式的雙口RAM通訊

　　信箱結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)對于雙口RAM內(nèi)部存儲區(qū)共享的一種邏輯結(jié)構(gòu)。信箱式共享存儲區(qū)具有兩層含義：首先把各微處理器專用存儲區(qū)與共享存儲區(qū)劃分開來，僅建立一塊較小的共享區(qū)供通訊使用；其次對共享區(qū)作了細分，仿效郵政信箱格式建立了分格式邏輯結(jié)構(gòu)。

　　智能節(jié)點的微處理器和PC104的ISA總線之間通過雙口RAM IDT7132進行數(shù)據(jù)交換，在雙口RAM中開辟了2塊公共存儲區(qū)作為通訊的2個公共信箱，一個用于微處理器向PC104傳輸數(shù)據(jù)，另一個用于PC104向微處理器傳送數(shù)據(jù)。下面以微處理器向PC104通訊的公共信箱為例介紹基于信箱格式的通訊方式。

　　智能節(jié)點向PC104傳送數(shù)據(jù)的公共信箱長度為16個字節(jié)，其中第一個字節(jié)為可讀寫標記，當任何一方需要操作讀寫數(shù)據(jù)時，先檢查該字節(jié)，若為0AAH，則不能進行操作；若為55H，可以操作；第二個字節(jié)是讀寫次數(shù)，表示在PC104讀出數(shù)據(jù)之前，智能節(jié)點寫入新的數(shù)據(jù)的次數(shù)；第三個字節(jié)為該組數(shù)據(jù)的ID號，以區(qū)分不同的數(shù)據(jù)；第四個字節(jié)開始為真正的數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)的長度依據(jù)前面ID的不同會有差別；數(shù)據(jù)區(qū)之后是一個字節(jié)的垂直異或校驗值（從讀寫次數(shù)開始的異或結(jié)果），可以據(jù)此對傳輸數(shù)據(jù)的正確性進行驗證。