【正文】 .....................................12 CAN 總線多址接入 /沖突避免 (CSMA/CA)機(jī)制 .........................13 CAN 總線的報(bào)文傳輸 .............................................14 CAN 總線調(diào)度算法研究 ...............................................19 固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法 ............................................19 固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法中的消息分類 ................................20 固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的優(yōu)先級(jí)分配 ................................21 CAN 總線的錯(cuò)誤檢測(cè)與處理機(jī)制 ......................................21 總線中的錯(cuò)誤類型 ..............................................21 故障界定 ......................................................22 本章小節(jié) ..........................................................23 第 4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .................................................. 24 數(shù)字信號(hào)處理器的選擇 .............................................. 24 DSP 外圍電路的設(shè)計(jì) ................................................ 25 DSP 電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì) ........................................ 25 DSP 仿真器及 JTAG 接口 ........................................ 26 采 集 電 路 .....................................................26 電 壓 采 集 ...................................................26 電流采集 ......................................................27 溫度采集 ......................................................28 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) .................................................29 本章小結(jié) ..........................................................31 第 5 章 電池管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ......................................33 軟件設(shè)計(jì)概述 ...................................................... 33 主程序設(shè)計(jì)及相關(guān)子程序設(shè)計(jì) .....................................33 主 程 序 設(shè) 計(jì) .................................................33 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 .............................................34 電池判斷子程序 ............................................. 35 中斷服務(wù)程序 ......................................................36 軟件抗于擾設(shè)計(jì) ....................................................37 本章小結(jié) ..........................................................38 第 6 章 電池管理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ......................................39 實(shí) 驗(yàn) 目 的 ......................................................39 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ..........................................................39 電池信息檢測(cè)試驗(yàn) ..................................................40 CAN 通信顯示 ..................................................43 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ..........................................................44 本章小結(jié) ..........................................................44 結(jié)論 ...................................................................45 參考文獻(xiàn) .............................................................. 46 致謝 ...................................................................47 1 第 1 章 緒論 課題研究的背景 能源消耗在汽車中的比例占主要工業(yè)國(guó) 家能源消耗的兩層以上 [1]，由于現(xiàn)代社會(huì)的能源危機(jī)使人們認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)需要利用新的能源輔助，混合動(dòng)力汽車是汽車工業(yè)將要面臨的一場(chǎng)深刻的革命 [2]。提高管理系統(tǒng)通信可靠性的技術(shù)可分為硬件和軟件兩個(gè)方面 ,僅采用硬件技術(shù) ,如電磁隔離、去禍濾波、噪聲補(bǔ)償?shù)?,仍有一些頻段的干擾侵入系統(tǒng) ,不能完全滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。要使各種電動(dòng)汽車能與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相競(jìng)爭(zhēng) ,關(guān)鍵是提高動(dòng)力蓄電池的性能。 在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中 ,構(gòu)建了軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ,在 CodeWarrior 環(huán)境下建立了通信工程 ,并進(jìn)行 了程序的調(diào)試。發(fā)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將為我國(guó)的能源和污染問題、提高民族汽車工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力起到重要的作用。就當(dāng)前的車用動(dòng)力電池來說，怎樣建立對(duì)電池有利的高效充電模型、準(zhǔn)確估測(cè)電池的荷電狀態(tài)、防止過充過放以保證電池組的一致性和使用壽命；怎樣對(duì)電池實(shí)現(xiàn)在線的檢測(cè)維護(hù)和故障信 息保存；以保證動(dòng)力蓄電池組的可靠運(yùn)行，若要解決上述問題，只開發(fā)出一款性能可靠、能精準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)、通信精確迅速的電池管理系統(tǒng) (Battery Management System)來加以管理 [9]。 ；數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，研發(fā)過程中的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展十分方便。一些著名企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)還成功地研發(fā)出了比較高效的電池管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了各種各樣的電池?cái)?shù)學(xué)模型，將其應(yīng)用在電動(dòng)汽車之上。 系統(tǒng) SmartGuard 系統(tǒng)最突出特點(diǎn)是在蓄電池上裝有一分布式的傳感器網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量電池的電壓、電流與溫度。電池電子技術(shù)的最終目標(biāo)就是要將蓄電池應(yīng)用推向一個(gè)更高的階段，達(dá)到少維護(hù)、通用性好、無人管理、高安全、智能化與無公害，最大限度的優(yōu)化電池的使用和延長(zhǎng)電池的壽命，一定程度上解決目前的能源問題與環(huán)境問題。汽車在行駛過程中會(huì)因路況原因出現(xiàn)較大的振動(dòng)，點(diǎn)火噴射系統(tǒng)等裝置也會(huì)帶來非常大的電磁干擾，在這樣的情況下就要求電控裝置傳遞信息準(zhǔn)確及時(shí)。由于其信號(hào)發(fā)送沖突的解決方案是一種沖突規(guī)避的設(shè)計(jì)方式，總線網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交互按照規(guī)律有條不紊地進(jìn)行，減少了信息重發(fā)的可能性，從而提高了總線利用率，對(duì)于發(fā)送優(yōu)先級(jí)高的重要信息尤為如此。 CAN 的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。原理圖如圖 。巡檢開關(guān)的位置是由地址譯碼器決定的。如圖 。 本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是智能管理模塊，也就是電池管理器，它是電池管理系統(tǒng)的核心。智能管理模塊還負(fù)責(zé)錯(cuò)誤管理，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)和故障界定，最終將錯(cuò)誤情況反到錯(cuò)誤幀，發(fā)送到總 9 線上 (錯(cuò)誤幀在數(shù)據(jù)幀之后 )。圖 為充放電保護(hù)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 由圖中可以清晰地看出電池管理系統(tǒng)與電機(jī)控制器通過獨(dú)立的線路進(jìn)行信息的交換。溫度信息的采集，利用的是分布式測(cè)量模式，在每箱電池的合適位置布置有 3 個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器，在所檢測(cè)到的溫度當(dāng)中只要有任何一只傳感器的溫度超過警戒值 70攝氏度，將出現(xiàn)一個(gè)溫度出錯(cuò)信息。 CAN 總線的特點(diǎn) 在混合動(dòng)力汽車上使用 CAN 總線，是由于它技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)獨(dú)特，同其它的通信總線比較，具有較好的通信可靠性、實(shí)時(shí)性，同時(shí)用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的網(wǎng)絡(luò)。故障界定是一種自動(dòng)檢測(cè)方式，它將節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)分成三種基本情況，以便將永久故障和短時(shí)擾 動(dòng)區(qū)別開來 [28]，在 章中將對(duì)該內(nèi)容作具體介紹。 在 CAN 傳輸網(wǎng)絡(luò)中，多址接入是指 CAN 網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用一條總線且發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地是分散的，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前都要偵聽網(wǎng)絡(luò)中傳輸資源是否被占據(jù)，如果總線資源被搶占則不發(fā)送數(shù)據(jù)，否則立即發(fā)送節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。在實(shí)際的 CAN總線通信過程中，有 4種不同類型的幀，包括數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過載幀 [29]。 場(chǎng) 標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的仲裁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)是不一樣的，如圖 ， 所示。緊隨標(biāo)志符之后的是 RTR 位。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼分別記錄了數(shù)據(jù)場(chǎng)里的字節(jié)數(shù)。校驗(yàn)是依據(jù)發(fā)送端上約定的形式在接收端對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行檢查，如果校驗(yàn)的結(jié)果可靠就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，否則對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行修復(fù)或丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù) 后發(fā)送重發(fā)請(qǐng)求。 圖 應(yīng)答場(chǎng)結(jié)構(gòu) 18 任何數(shù)據(jù)幀或者遠(yuǎn)程幀結(jié)尾都有專門的時(shí)序電平來作為界定，這個(gè)界定序列山 7個(gè)“隱性”位組成，即連續(xù)七個(gè)高電平。 圖 錯(cuò)誤幀結(jié)構(gòu) 過載幀用在相鄰數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間提供附加的通信延時(shí)，通過發(fā)送過載幀就能使正在占用總線的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)延長(zhǎng)占用總線的時(shí)間。因此被廣泛使用在處理機(jī)與工業(yè)控制通信網(wǎng)絡(luò)中。固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法主要是針對(duì)周期性任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的調(diào)度，系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)固定的、靜態(tài)的優(yōu)先級(jí)。 。而對(duì)于軟實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)消息，次高位分別被設(shè)為 0 和 1，使軟實(shí)時(shí)消息的優(yōu)先級(jí)高于非實(shí)時(shí)消息。反之，則說明發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中沒有產(chǎn)生 CRC 錯(cuò)誤。總線關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)將完全脫離總線而且不能夠?qū)偩€有任何影響。電壓檢測(cè)部分有 24路電壓采樣通道，通過采樣電路進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊同時(shí)進(jìn)行采集，保證各單體電池的一致性。芯片采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使得供電電 壓降為 ，減小了控制器的功耗； 30MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 33ns (30MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。高達(dá) 40個(gè)可單獨(dú)編 25 程或復(fù)用的輸入輸出引腳 (GPIO)。 圖 信號(hào)處理器的最小系統(tǒng) DSP 電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 由于 DSP2407 為 系統(tǒng)供電，因此本設(shè)計(jì)為處理器選擇了一款 5v轉(zhuǎn) 的芯片 TPS7333。 TPS7333 與大多數(shù)低壓差穩(wěn)壓器一樣，要求接輸出電容器以提高穩(wěn)定性，因此從輸出端到地連接了一個(gè) 固態(tài)擔(dān)電容器，以確保全負(fù)載范圍的穩(wěn)定性。 電壓采集 本設(shè)計(jì)以鉛酸電池為管理對(duì)象。隔離體現(xiàn)在采集電路前端 (待測(cè)電池組端點(diǎn)壓 )和處理后端 (采集電路 )的隔離。使 A， B 兩點(diǎn)的電壓值保持一致。 選擇電流傳感器 : 具體電流的檢測(cè)方式有 4種，分別是分流器、互感器、霍爾型電流傳感器和光纖。 ?；ジ衅髦荒苡糜诮涣鳒y(cè)量 :霍耳傳感器性能好，使用方便，但價(jià)格較貴。三極管的導(dǎo)通情況 是受控于發(fā)光二極管的。電壓采集電路必須保證測(cè)量系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)的共地。每個(gè)電池單體的額定電壓為 12V充滿時(shí)端電壓為 V。目標(biāo)系統(tǒng)就是硬件電路板，上面必須有 DSP。 5V 電源的輸入接口采用 2mm 接口，電源功率要求為 :5V, 750mA。 DSP 外圍電路的設(shè)計(jì) DSP 微處理器的最小系統(tǒng)如圖 41 所示，包括晶振、電源、復(fù)位、鎖相環(huán)電路 設(shè)計(jì)，此外為方便軟件調(diào)試，外擴(kuò) RAM 存儲(chǔ)器。可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器 (LF2407)總共 192K 字 :64K 字程序存儲(chǔ)器； 64K