【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)的電池箱上安裝的電池管理系統(tǒng)之間的通訊，由于充電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)之間的串行通訊比較簡單，電池通訊系統(tǒng)不主動發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，采用主從式結(jié)構(gòu)，故選用RS485總線，控制器借助電池管理系統(tǒng)實(shí)時了解各個單體電池的荷電狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)智能充電創(chuàng)造條件。電池管理系統(tǒng)所采用到的數(shù)據(jù)（主要包括單體電池數(shù)量、電壓、溫度、平均電壓、最高電池電壓、最高溫度、故障代碼、充電標(biāo)識、故障狀態(tài)、最大允許電壓等變量）按照協(xié)議進(jìn)行處理并重新打包成合適的總線傳送的數(shù)據(jù)格式，然后充電機(jī)控制器通過總線將其發(fā)送至監(jiān)控PC機(jī)。第二網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控PC機(jī)和充電機(jī)控制器之間，由于它對抗干擾性、可靠性要求較高，并且傳送距離較遠(yuǎn)，故采用一種多主總線。監(jiān)控PC機(jī)接受來自總監(jiān)控中心的指令，控制充電機(jī)完成指令所規(guī)定的任務(wù)，實(shí)時監(jiān)控充電機(jī)的狀態(tài)，將檢測到的信息反饋給總監(jiān)控中心，為總監(jiān)控中心調(diào)度決策提供參考；同時，它對充電站內(nèi)部一些設(shè)備的信息進(jìn)行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)和管理。充電機(jī)控制器是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，一方面要完成對充電機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)采集（主要是充電機(jī)狀態(tài)，包括電流、電壓、時間、溫度、開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)和電量等參數(shù)）和實(shí)時控制，這些控制主要是對充電機(jī)開關(guān)、停止和充電模式的調(diào)整、對與其相連的電池管理系統(tǒng)下發(fā)命令；另一方面，還要完成對電池組各數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和管理。及時把系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控PC機(jī)和接受監(jiān)控PC機(jī)發(fā)來的控制命令。最后是監(jiān)控PC機(jī)和城市總監(jiān)控中心之間的通訊，因?yàn)槌潆娬颈O(jiān)控系統(tǒng)各工作站和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交換頻繁，數(shù)據(jù)量大，故采用以太網(wǎng)方式通信。另外，為了進(jìn)一步保證充電的安全還有一條針對安裝在充電架上的煙霧傳感器的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。煙霧傳感器是用于探測鋰離子動力電池因過充電導(dǎo)致電池自然而釋放出的煙霧。該網(wǎng)絡(luò)和電池管理系統(tǒng)共同保持充電電池的安全。首先煙霧傳感器信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為通信信號，然后通過總線發(fā)送給煙霧報警計算機(jī)。煙霧報警計算機(jī)僅接受煙霧傳感器的報警信號，及時發(fā)現(xiàn)有故障的充電電池，沒必要與上級進(jìn)行通信。 煙霧報警4 硬件電路和軟件設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)框架硬件平臺以atmel公司的at91rm9200芯片為核心，這款工業(yè)級芯片內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)控制器，包含了以太網(wǎng)mac控制，因此只需外接一片10/100m物理層芯片dm9161e提供以太網(wǎng)接入通道即可。can總線接口采用can控制器芯片mcp2515和高速can總線收發(fā)器tja1050構(gòu)成。mcp2515與at91rm9200的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口spi(at91rm9200內(nèi)嵌)來實(shí)現(xiàn)的，能夠發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的信息幀，同時具有接收濾波和信息管理的功能。tja1050是與mcp2515相配的高速can總線收發(fā)器，它擔(dān)負(fù)著節(jié)點(diǎn)和總線之間接收和發(fā)送電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)。另外，為了使硬件平臺提供高效的軟件運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)還設(shè)計了存儲電路(16mb nor flash，主要用來存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)；64mb nand flash，用來存儲數(shù)據(jù)；32mb sdram，提供內(nèi)核與應(yīng)用程序的運(yùn)行空間)、復(fù)位電路、jtag調(diào)試接口和rs485擴(kuò)展串口。 功能模塊NAND FLASH：Nandflash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。Nandflash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機(jī)、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。NOR FLASH：flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。 　　由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。 　　執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計表明，對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時)，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素。 　　l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。 　　 NAND的寫入速度比NOR快很多。 　　3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。 　　4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。 　　5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。SD RAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機(jī)存儲器，同步是指 Memory工作需要同步時鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。JTAG：JTAG是英文“Joint Test Action Group（聯(lián)合測試行為組織）”的詞頭字母的簡寫，該組織成立于1985 年，是由幾家主要的電子制造商發(fā)起制訂的PCB 和IC 測試標(biāo)準(zhǔn)。JTAG 建議于1990 年被IEEE 測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)行邊界掃描所需要的硬件和軟件。自從1990 年批準(zhǔn)后，IEEE 分別于1993 年和1995 年對該標(biāo)準(zhǔn)作了補(bǔ)充， 。JTAG 主要應(yīng)用于：電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在線系統(tǒng)編程。CAN口為一種總線接口模式，以太網(wǎng)口為at91rm9200與網(wǎng)絡(luò)通信的接口 CAN總線的特點(diǎn)CAN總線屬于現(xiàn)場總線范疇。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，稱為控制器局域網(wǎng)現(xiàn)場總線。CAN網(wǎng)絡(luò)原本是德國Bosch公司為歐洲汽車市場所開發(fā)的。CAN推出之初是用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車剎車防抱死系統(tǒng)、安全氣囊等。對機(jī)動車輛總線和對現(xiàn)場總線的需求有許多相似之處，即能夠以較低的成本、較高的實(shí)時處理能力在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠地工作。因此CAN總線可廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程檢測和控制，特別是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以解決控制與測試之間的可靠性問題[12]。CAN總線有如下基本特點(diǎn)：①CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，采用數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編程，可以多主方式工作。②CAN采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突。③CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的 有效字節(jié)為8個（），數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短。④CAN的每幀數(shù)據(jù)都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境中使用。⑤CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它操作不受影響。⑥CAN可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)⑦CAN總線直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5Kbps,通訊速率最高可達(dá)1Mbps/40m。節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。⑧采用不歸零碼編碼/解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。⑨CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級別判別等項工作[13]。 CAN總線的系統(tǒng)構(gòu)成從原理和實(shí)現(xiàn)的角度，只要有兩個CAN節(jié)點(diǎn)和將他們連接成一體的通信媒體就可以構(gòu)成一個CAN總線系統(tǒng)，這兩個節(jié)點(diǎn)之間通過媒體交換信息，而由CAN總線構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)一般是由控制器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)以及其他的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)如人機(jī)界面組成，CAN作為控制局域網(wǎng)還可以通過網(wǎng)關(guān)和其他網(wǎng)如以太網(wǎng)互聯(lián)構(gòu)成大型復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用CAN總線系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)，從控制的角度來看，最小的控制系統(tǒng)是一個單回路的簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)—由一個控制器，一個傳感器和一個執(zhí)行器組成；以CAN總線為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也可以由多個互不相關(guān)的控制回路組成[15]，而他們共享一個控制網(wǎng)絡(luò)——CAN總線。 。從現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的概念來說，傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)都可以結(jié)成控制器，即所謂的智能節(jié)點(diǎn)，這樣就形成了真正分布式的網(wǎng)絡(luò)控制統(tǒng)。 CAN總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 總線訪問及仲裁技術(shù)CAN總線使用的是一種叫做“載波監(jiān)測，多主掌控/沖突避免”(CSMA/CA)的通信模式。載波監(jiān)測的意思是指在總線上的每個節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息報文前都必須監(jiān)測到總線上有一段時間的空閑狀態(tài)。一旦在此空閑眾泰被監(jiān)測到，那么每個節(jié)點(diǎn)都有均等機(jī)會來發(fā)送報文，這被稱為多主掌握。沖突避免是指在兩個以上節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送信息時，節(jié)點(diǎn)本身首先會檢測到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。此時優(yōu)先級高的報文先到達(dá)，低優(yōu)先級的報文發(fā)送會暫停。在CAN總線協(xié)議中是通過一種非破壞性的仲裁方式來實(shí)現(xiàn)沖突檢測的。這就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時，通過仲裁后原發(fā)送信息不會收到任何影響。所有的仲裁判別都不會破壞優(yōu)先級高的報文信息內(nèi)容，也不會對其發(fā)送產(chǎn)生任何的延時。當(dāng)總線空閑時呈隱性電平，此時任何一個節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送一個顯性電平作為一個幀的開始。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送，就會產(chǎn)生競爭。CAN總線解決競爭的方法和以太網(wǎng)的CSMA/CD方法比較類似，并且CAN做了改進(jìn)，是按位對標(biāo)識符進(jìn)行仲裁。各發(fā)送節(jié)點(diǎn)在向總線發(fā)送電平的同時，也對總線上的電平進(jìn)行讀取，并與自身發(fā)送的電平進(jìn)行比較。如果電平相同則繼續(xù)發(fā)送下一位，不同則停止發(fā)送，退出總線競爭。剩余的節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)上述過程，知道總線上只剩下一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電平，總線競爭結(jié)束，優(yōu)先級最高的節(jié)點(diǎn)獲得了總線的使用權(quán)。CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標(biāo)識符中（擴(kuò)展幀是29位標(biāo)識符），具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識