【正文】 unications and other fields, ARM technology is gradually entering and changing our lives. In the field of 32bit microprocessor, ARM CortexM3 processor performance is particularly prominent. Based on ARM CortexM3 core STMF103 series microprocessor with low power consumption, low cost, highperformance features, and there are numerous piler development platform support, which will have an excellent software Kiel uVision4. CAN bus technology has been widely used in industrial automation, automotive, shipbuilding and other fields, is able to effectively support the distributed control and realtime control of the serial munications work, enabling the devices to stabilize and accurate data transmission for data munications to provide strong support. Battery as a stable chemical power, and its industrial sector and people39。 Kiel uVision。 隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是工業(yè)化大發(fā)展的今天，蓄電池作為一種化學(xué)性能可靠的電源，越來廣泛的應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域中 [1]。一般一個蓄電池生產(chǎn)廠有幾十臺甚至上百臺化成充電機(jī)在各自控制系統(tǒng)的監(jiān)控下同時運行，存在大量的數(shù)據(jù)交換，如何監(jiān)控化成過程穩(wěn)定地運行尤為重要。在數(shù)據(jù)通信方面， CAN 總線技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，可采用 CAN總線與監(jiān)控計算機(jī)連接起來進(jìn)行通信。其中主要的開發(fā)編譯平臺有Greenhills、 GCC、 IAR、 Keil 和 Tasking等。 Keil μVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的 完全控制的任何地方。硬件部分， 采用 STM32F103 ARM 控制芯片作為CPU；基于 TJA1040 和 ADUM1201 芯片設(shè)計完成 ARM 與外掛 CAN 適配器的隔離接口電路；設(shè)計電源電路，為 ARM、運放等器件提供驅(qū)動電源、基準(zhǔn)電源等；設(shè)計存儲器電路，存儲數(shù)據(jù)；設(shè)計電流、電壓信號采集模塊，對蓄電池化成過程中電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并設(shè)計過流保護(hù)模塊，防止過流燒壞電路；設(shè)計通訊模塊，實現(xiàn) ARM 主控器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊；設(shè)計 PWM 輸出模塊；其他電路模塊還包括溫度檢測、ARM 腳去耦電容、 ARM 外部晶振等，這些模塊相互聯(lián)系，共同組成系統(tǒng)的完整性。最后還給出了系統(tǒng)總體的設(shè)計方案，分為硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方案。簡單的解釋了兩部分中各自重要的程序段?；芍暗臉O板不存在鉛酸蓄電池電化學(xué)反應(yīng)的所需的正極活性物質(zhì)二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)海棉狀鉛。 CAN 總線技術(shù) CAN（控制器局部網(wǎng)） 是 Controller Area Network 的縮寫， 是 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化的 串行通信協(xié)議 。由于 CAN 具有卓越的特性及極高的可靠性，因而非常適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備互聯(lián)。而收發(fā)器則通過它的兩個有差動接收和發(fā)送能力的總線終端 CANH 和 CANL 連接到總線線路。 協(xié)議控制器向收發(fā)器的 TxD 引腳輸出一個串行的數(shù)據(jù)流。 輸出驅(qū)動 CANH 由 Vcc 提供一個源輸出，而 CANL 則向 GND 提供一個下拉輸出。 接收器比較器將差動的總線信號轉(zhuǎn)換成邏輯電平信號，并在 RxD 輸出。 圖 CAN 高速收發(fā)器的典型應(yīng)用 哈爾濱工程大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 6 圖 TJA1050 的方框圖 圖 根據(jù) ISO 11898 的額定總線電平 ADUM1201 雙通道數(shù)字式隔離器 ADUM120x在一個器件中提供兩個獨立的隔離通道。 低功耗： ， 工作電壓： 3V/5V， 隔離電壓： 2500V，工作溫度： 125℃，傳輸速率： 1M/10M/25Mbps， 傳輸延遲： 50ns， 瞬態(tài)共模抑制能力： 25KV/us。能夠在許多不同的模式下進(jìn)行操作，包括 :單極 /雙極、 AC/DC 和反向 /正向。 圖 HCNR200 引腳分布 LM339 LM339是四電壓比較器集成電路。2mV；共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～ ；輸出與 TTL， DTL， MOS， CMOS等兼容；輸出可以用開路集電極連接 ―或 ‖門； 圖 LM339內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 9 表 LM339引腳功能表： 管腳 引腳功能 符號 管腳 引腳功能 符號 1 輸出端 2 OUT2 8 反向輸入端 3 1N(3) 2 輸出端 1 OUT1 9 正向輸入端 3 1N+(3) 3 電源 VCC + 10 反向輸入端 4 1N(4) 4 反向輸入端 1 1N(1) 11 正向輸入端 4 1N+(4) 5 正向輸入端 1 1N+(1) 12 電源 Vcc 6 反向輸入端 2 1N(2) 13 輸出端 4 OUT4 7 正向輸入端 2 OUT2(2) 14 輸出端 3 OUT3 OPA2277 高精度運算放大器 ： OPA2277 系列精密放大器提供改進(jìn)的噪音 ,更廣泛的輸出電壓擺幅 ,快一倍半靜止的電流。 OPA2227 整體增益穩(wěn)定，具有高轉(zhuǎn)換率（ ）和寬帶（ 8MHz）。在換能放大器、橋放大器、溫度測量、應(yīng)變片放大器、電池的儀器、測量設(shè)備等產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用。 工作于 40176。 時鐘和啟動 系統(tǒng)時鐘的選擇是在啟動時進(jìn)行，復(fù)位時內(nèi)部 8MHz的 RC振蕩器被選為默認(rèn)的 CPU時鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監(jiān)控的 416MHz時鐘；當(dāng)外部時鐘失效時，它將被隔離，同時產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。 當(dāng) HIS作為 PLL時鐘的輸入時，最高的系統(tǒng)時鐘頻率只能達(dá)到 64MHz。 VSSA， VDDA = ～ ：為 ADC、復(fù)位模塊、 RC振蕩器和 PLL的模擬部分提供供電。 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 11 圖 供電方案 RTC(實時時鐘 )和后備寄存器 RTC和后備寄存器通過一個開關(guān)供電，在 VDD有效時該開關(guān)選擇 VDD供電，否則由VBAT管腳供電。 RTC的驅(qū)動時鐘可以是一個使用外部晶體的、內(nèi)部低功耗 RC振蕩器或高速的外部時鐘經(jīng) 128分頻。有一個 20位的預(yù)分頻器用于時基時鐘，默認(rèn)情況下時鐘為 時它將產(chǎn)生一個 1秒長的時間基準(zhǔn)。每個定時器都有一個 16位的自動加載遞加 /遞減計數(shù)器、一個 16位的預(yù)分頻器和 4個獨立的通道，每個通道都可用于輸入捕獲、輸出比較、 PWM和單脈沖模式輸出，在最大的封裝配置中可提供最多 16個輸入捕獲、輸出比較或 PWM通道。每個定時器都有獨立的 DMA請求機(jī)制。配置為 16位 PWM發(fā)生器時，它具有全調(diào)制能力 (0~100%)。 這 5個接口提供異步通信、支持紅外線傳輸編解碼、多處理器通信模式、單線半雙工通信模式和 LIN主 /從功能。它可以接收和發(fā)送 11位標(biāo)識符的標(biāo)準(zhǔn)幀，也可以接收和發(fā)送 29位標(biāo)識符的擴(kuò)展幀。 1 通用輸入輸出接口 (GPIO) 每個 GPIO管腳都可以由軟件配置成輸出 (推拉或開路 )、輸入 (帶或不帶上拉或下拉 )或其它的外設(shè)功能端口。 在 APB2上的 I/O腳可達(dá) 18MHz的翻轉(zhuǎn)速度。 1 串行單線 JTAG調(diào)試口 (SWJDP) 內(nèi)嵌 ARM的 SWJDP接口，這是一個結(jié)合了 JTAG和串行單線調(diào)試的接口，可以實現(xiàn)串行單線調(diào)試接口或 JTAG接口的連接。 軟件設(shè)計方案 通過 Keil μVision4軟件對 STM32F103VBT6 進(jìn)行編程控制，主要對其 GPIO、時鐘、 ADC、 CAN 與定時器部分進(jìn)行設(shè)置，已完成對 STM32F103VBT6 的管腳設(shè)定、內(nèi)哈爾濱工程大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 14 部時鐘的設(shè)定，對 CAN 總線收發(fā)信號的設(shè)置，對定時器的選擇及對選定定時器的模式的選擇等。 第 3 章硬件電路設(shè)計 第 3 章 硬件電路設(shè)計 15 硬件實現(xiàn)框圖 S TM 3 2 F 1 0 3 V B T 6 主控制器 電源電路 存儲器 FM2 4C L64 x5 通訊模塊 P W M 輸出電路 電流采集模塊 過流保護(hù) 電壓采集模塊 圖 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖 圖 是系統(tǒng)硬件實現(xiàn)主要模塊框圖，本章下面幾節(jié)將具體介紹一下各模塊組成、功能及作用。 電源電路 電源電路對直流輸入進(jìn)行變換得到各種所需電源，并得到所需的基準(zhǔn)電壓。 12V為線性光耦原邊供電 模塊 GNDIN3OUT21GNDPOW4E1247uF/16VC70E147uF/16VC79VCC VDD 圖 電壓變換電路 JS158 模塊產(chǎn)生的 5VVCC 經(jīng)由 變換后得到 作為數(shù)字電源，為ARM 等器件提供電源。得到的 VREF_OUT為過流保護(hù)參考電壓模塊與 AD參考電源模塊中運放 OP07AJ/883 提供比較電壓。 85234671 UR1OP07AJ/883REF_IPR951 321kW1C21+15SGNDC16SGND1510kR21SGND1kR201kR17SGNDVREF_OUT 圖 UR1(OP07) 如圖 ，經(jīng)由 JS158 產(chǎn)生的177。信號連接見原理圖所示。 第 3 章 硬件電路設(shè)計 21 C138221160R135221160R134BGND+5V_BBGNDC135+5V_BBGNDTXD1GND2VCC3RXD4SPLIT5CANL6CANH7STB8U27TJA1040CANLCANHBGNDCAN_TXCAN_RXCANVDD11VOA2VIB3GND14GND25VOB6VIA7VDD28U26ADUM1201+5V_BBGNDVDDGNDCAN_TXCAN_RXCAN_TX_1CAN_RX_1C134+5V_BBGNDC133VDDGND 圖 CAN 通訊接口電路 電流信號采集模塊 如下圖 ，精密電阻 R1 和 U1A(OPA2277)組成第一路電感電流信號的前級采樣，得到的前級采樣信號 DC_I1_P。 哈爾濱工程大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 22 若 DC_I1_P 信號為正，那么經(jīng)過反相運放 U2A 后，得到電壓信號 U2A變?yōu)樨?fù)信號，則使 D15導(dǎo)通而導(dǎo)致 D17關(guān)斷，這樣正電壓信號 DC_I1_P 便加到運放 U2B同相輸入端，輸出 I1_Protect 為正信號；同理，若 DC_I1_P 為負(fù)信號，那么經(jīng)過反相運放 U2A 后，得到電壓信號 U2A變?yōu)檎盘?，?dǎo)致 D17導(dǎo)通而致使 D15關(guān)斷，這樣負(fù)電壓信號 DC_I1_P便被加到運放 U2B 反相輸入端， 輸出 I1_Protect 為正信號。 TP1I1A1K2D3Diode 1N4148D4Diode 1N4148VDDSGND1%: 300R1212nFC6012nFC67SGND+15151122C68104/0805C6104/0805SGNDSGND1%: 2kR51%: 2kR41%: 300R11I112nFC4I1_Protect85234671U3OPA277 圖 濾波電路 電流采樣電路共分為 3 路，其它兩路的原理與此類似，詳見原理圖。當(dāng)電路工作正常時， I1_Error 為低， PR=0 且 CLR=1，此時無論輸入端 D 為何，輸出 Q=1， =0，即觸發(fā)器被置 1，信號 I1_BRK 為低；如果過流，則 I1_Error 為高，并被 U15B(74HC74)鎖存，鎖存后信號為 I1_BRK（由于輸入 D