【正文】 。霍爾技術廣泛應用于控制領域。而分流器的精度太低，因此霍爾電流傳感器因其性價比高優(yōu)先選用。互感器只能用于交流測量 :霍耳傳感器性能好，使用方便，但價格較貴。 選擇電流傳感器 : 具體電流的檢測方式有 4種，分別是分流器、互感器、霍爾型電流傳感器和光纖。 電流采集 蓄電池組所有電池單體串連組成整個供電系統(tǒng)，只設置一個電流采集點即可。這樣， (V0V1)/R1=I11=I22=二 V0/ R4。三極管的導通情況 是受控于發(fā)光二極管的。使 A， B 兩點的電壓值保持一致。放大器 U的輸入端 A點和 B點分別為對 15v 的分壓點，當 A點電壓 VA 大于 B點電壓 VB，放大器 U就輸出高一些的電壓值，當 A 點電壓 VA 低于 B 點電壓 VB， U 就輸出低一些的電壓值。 圖 電壓采集電路 V0為電池正極輸入， V1 為電池單體負極輸入，經過 R1與光禍中的發(fā)光二極管形成回路，將電壓信號 Vin 轉換為電流信號 I11。電壓采集電路必須保證測量系統(tǒng)和被測系統(tǒng)的共地。隔離體現在采集電路前端 (待測電池組端點壓 )和處理后端 (采集電路 )的隔離。采集點所處的共模電壓較高而兩個采集點間的壓差不大。電池管理系統(tǒng)要求的最低采樣頻率為 20ms。每個電池單體的額定電壓為 12V充滿時端電壓為 V。 電壓采集 本設計以鉛酸電池為管理對象。本設計采集的信號有 :電池單體電壓、電池組總電流、電池單體溫度和環(huán)境溫度。 圖 JTAG 電路連接 采集電路 電池管理系統(tǒng)是通過采集蓄電池的性能參數，對電池進行分析和監(jiān)控，從而保證更好地使用電池并保證整個系統(tǒng)的安全。目標系統(tǒng)就是硬件電路板，上面必須有 DSP。 TPS7333 與大多數低壓差穩(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 固態(tài)擔電容器，以確保全負載范圍的穩(wěn)定性。當 TPS7333 離電源的距離大于幾英寸時，可接陶瓷旁路電容以改進負載的瞬態(tài)響應。如果由于負載的瞬變或其它情況致使 OUT 的輸出出現欠壓，則 RES 輸出低電平，并保持 200ms。 5V 電源的輸入接口采用 2mm 接口，電源功率要求為 :5V, 750mA。 圖 信號處理器的最小系統(tǒng) DSP 電源及復位電路設計 由于 DSP2407 為 系統(tǒng)供電，因此本設計為處理器選擇了一款 5v轉 的芯片 TPS7333。合理的復位電路是防止系統(tǒng)干擾的硬件實現手段，應該得到重視。 DSP 的外圍電路按照 DSP 最小系統(tǒng)設計， DSP 最小系統(tǒng)是保證設計能夠運行的最基本配置，系統(tǒng)的其他功能將在此基 礎上進一步擴展，主要是通過 IO 口實現其功 能。 DSP 外圍電路的設計 DSP 微處理器的最小系統(tǒng)如圖 41 所示，包括晶振、電源、復位、鎖相環(huán)電路 設計，此外為方便軟件調試，外擴 RAM 存儲器。高達 40個可單獨編 25 程或復用的輸入輸出引腳 (GPIO)。串行通信接口 (SCI)?？梢杂蓛蓚€事件管理器來觸發(fā)最多 16 通道輸入的 A/D 轉換器。可擴展的外部存儲器 (LF2407)總共 192K 字 :64K 字程序存儲器； 64K 字程序存儲器； 64K字 I/O 尋址空間。芯片采用高性能靜態(tài) CMOS技術，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時控制能力。因為電池管理系統(tǒng)本身就是一個龐大的數據處理系統(tǒng)，選擇具有較強信號處理功能的 DSP系統(tǒng)非常合適。并通過 CAN 總線和電動汽車中央控制器建立通信，將電池管理信息傳輸至中央控制系統(tǒng)，為系統(tǒng)的合理操作提供數據支持。環(huán)境溫度的采樣使用集成溫度傳感器。電壓檢測部分有 24路電壓采樣通道，通過采樣電路進入 A/D 轉換模塊同時進行采集，保證各單體電池的一致性。 24 第四章 系統(tǒng)硬件設計 本次課題的實驗平臺為改裝后的電動汽車，電源部分為串聯(lián)型鉛酸蓄電池組。最后文章對傳統(tǒng) CAN 總線系統(tǒng)存在的缺少同步機制、帶寬浪費、消息阻塞的缺陷作了說明。故障界定規(guī)則中有節(jié)點有三種狀態(tài) :故障激活、故障接收和總線脫離?？偩€關閉的節(jié)點將完全脫離總線而且不能夠對總線有任何影響。 在故障界定的大體結構下，我們將節(jié)點的狀態(tài)分為錯誤主動、錯誤被動和總線關閉三種。 故障界定 前面介紹到的 5種故障檢測機制應用于 CAN 通信時，系統(tǒng)發(fā)送數據的誤碼率大幅降低，假如在系統(tǒng)中節(jié)點突然出現硬件故障或者長時間干擾的情況下，要是沒有其他補救的方法對錯誤的發(fā)出進行合理的管理，由于 CAN 系統(tǒng)采用的是防沖突避讓機制，則錯誤幀會連綿不斷地被發(fā)出，然而連續(xù)發(fā)出這些錯誤幀會極大程度地消耗總線上有效的通信時間，甚至造成有效的信號幀被丟失。由于在很多情況下位場中的位值應當符合一定規(guī)律，當一個固定形式的位場當中包含有一個或者多個非法位的時候，就說明檢測到一個“形式錯誤”。反之，則說明發(fā)送端所發(fā)送的數據在發(fā)送過程中沒有產生 CRC 錯誤。所以，在使用了位填充機制來編碼的一串位流數據信息當中，不應當發(fā)現六個或六個以上一樣的極性位值，若檢測到這樣不應該出現的情況，系統(tǒng)就會自動地報出一個“位填充錯誤”。 位填充為 CAN 協(xié)議下的系統(tǒng)自動執(zhí)行的行為，是為了保證總線系統(tǒng)有足夠的隱性到顯性的跳變沿。一般情況下，系統(tǒng)中會出現五種不會互相排斥的錯誤類型。而對于軟實時和非實時消息，次高位分別被設為 0 和 1，使軟實時消息的優(yōu)先級高于非實時消息。 圖 空采樣與丟包示意圖 固定優(yōu)先級調度算法的優(yōu)先級分配 在 CAN 的固定優(yōu)先級調度算法下，分配給硬實時消息的優(yōu)先級要高于軟時實消息和非實時消息， 而軟實時消息的優(yōu)先級又高于非實時消息。非實時性消息往往包括各種設備傳輸的數據狀信息，發(fā)送數據量大、發(fā)生頻率低等是此類消息的獨特特點，通常不必符合消息的截止期的限定要求。 周期性消息是網絡中經傳感器產生的測量參數以及由控制器產生 的控制開關量與命令等，這類消息實時性要求高，截止期跟其周期相同而且都比較小，消的傳輸需要在采樣間隔內完成，假設因網絡延時而發(fā)生的使消息的響應時間大于消息的采樣間隔就會發(fā)生丟包跟空采樣現象的出現 (見圖 )，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能勢必會被其影響，所以需要合理的規(guī)劃調度與周期性消息，讓它符合消息的截止期的限制條件，同非周期性與非實時性消息比較起來，周期性消息具有傳輸數據短、周期短、傳輸間隔時間固定等特點 。 。因為電池管理系統(tǒng)中對消息傳輸的實習性要求非常高，我們采用了從實時性角度來分析消息的方法。從實時性角度來分析，網絡節(jié)點傳輸的消息可以 20 劃分為硬實時消息、軟實時消息與非實時消息 。 固定優(yōu)先級調度算法中的消息分類 在通信網絡中，固定優(yōu)先級調度算法主要是依照消息的時間特性來分配消息的優(yōu)先級，在 CAN 總線的運行過程中依照消息的優(yōu)先級來決定傳輸介質的占用權。固定優(yōu)先級調度算法主要是針對周期性任務進行優(yōu)先級的調度，系統(tǒng)中每個任務都有一個固定的、靜態(tài)的優(yōu)先級。而 DM調度算法則適用于周期大于截止期的系統(tǒng)，即 DT 的系統(tǒng)。 DM 則以消息的截止期作為優(yōu)先級的設定標準，截止期越大優(yōu)先級越小，截止期越小優(yōu)先級越大。針對 系統(tǒng)需要傳輸和共享的信息量，采用固定 級調度算法既能保證消息傳輸的實時性，又能提高系統(tǒng)的帶寬利用率。因此被廣泛使用在處理機與工業(yè)控制通信網絡中。 圖 過載幀結構 CAN 總線調度算法研究 固定優(yōu)先級調度算法 固定優(yōu)先級調度 ((FPS)算法的原理是在總線工作之前根據消息的周期或截止期給每個節(jié)點分配標識 ID號，是一種靜態(tài)的調度算法。 19 ②幀結尾都有標志序列界定的第一位和第二位檢測到一個顯性位。當發(fā)生下面 3 種情況的任何一種時，就會引發(fā)過載標志的傳送。 圖 錯誤幀結構 過載幀用在相鄰數據幀或遠程幀之間提供附加的通信延時，通過發(fā)送過載幀就能使正在占用總線的兩個節(jié)點延長占用總線的時間。 圖 遠程幀結構 數據幀或者遠程幀都能夠采用標準幀和擴展幀兩種形式，它們都用一個幀間隔與前面的幀分開，以示區(qū)別。和數據幀所不同的是遠程幀的遠程發(fā)送請求位是高電平。它的結構如圖 所示。 圖 應答場結構 18 任何數據幀或者遠程幀結尾都有專門的時序電平來作為界定，這個界定序列山 7個“隱性”位組成，即連續(xù)七個高電平。 應答場由兩個位構成，它們分別是應答間隙跟應答界定符，由圖 應答場中，發(fā)送消息的節(jié)點會在時隙內發(fā)送 1 個高電平。 CRC 序列之后是 CRC 界定符，它包含一個單獨的隱性位。在接收端，則根據信息碼和 CRC碼之間在發(fā)送端產生的規(guī)則進行檢驗，如果出錯則對數據信號進行修復或丟棄出錯數據后請求重發(fā)。校驗是依據發(fā)送端上約定的形式在接收端對數據本身進行檢查，如果校驗的結果可靠就對數據進行處理，否則對數據信號進行修復或丟棄當前數據 后發(fā)送重發(fā)請求。 (CRC)場 CRC 場包括 CRC 校驗碼 (CRC Sequence)，緊隨其后的它的界定符，其結構見圖 。 表 數據幀長度代碼 17 數據場故名思意 由報文幀中所要傳輸的數據構成。數據字節(jié)數的編碼中， d 為顯性，就是 邏輯 0； r 為隱性，也就是邏輯 1。數據長度代碼分別記錄了數據場里的字節(jié)數。擴展格式里的控 制場包括數據長度代碼和兩個保留位 r1 與 r0，但必須以顯性位發(fā)送。標準格式的控制場和擴展格式的控制場不一樣。 RTR 位數 據幀里是一個高電平量，而在遠程幀里表現的是一個低電平。緊隨標志符之后的是 RTR 位。要此情況下的標識符的長度 是十一位，按照第十位至第零位的順序發(fā)送，最低位是第零位。其標志符由地址 28位至擴展第 0位。標識符位從地址 28位至 18位。 場 標準幀與擴展幀的仲裁場的結構是不一樣的，如圖 ， 所示。因為只有在總線中所有節(jié)點都處于空閑時，才能夠允許站點開始發(fā)送數據。數據場長度可以是零。數據幀是由七個不同的位場所組成的，具體幀結構如圖 。在實際的 CAN總線通信過程中，有 4種不同類型的幀，包括數據幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀 [29]?？偩€上的某一時刻表現的數值由這兩根導線的電壓差值決定，這個差分 電壓 Va上可呈現“顯性”和“隱性”兩種電平，分別對應邏輯“ 0”與“ 1，如圖 所示。節(jié)點 4發(fā)送完畢，沒有節(jié)點發(fā)送數據情況下，節(jié)點 3正好發(fā)送并成功。圖 為本課題使用的沖突避免機制發(fā)送幀信號的時序圖 : 14 圖 CSMA/CA 機制發(fā)送時序圖 上圖中，當節(jié)點 1, 2, 3, 4 同時競爭總線發(fā)送數據，所以產生沖突，根據仲裁由節(jié)點 1 優(yōu)先發(fā)送，節(jié)點 2, 3, 4 退出競爭繼續(xù)監(jiān)聽總線。 在 CAN 傳輸網絡中，多址接入是指 CAN 網絡中各網絡節(jié)點收發(fā)數據共同使用一條總線且發(fā)送數據的目的地是分散的，各網絡節(jié)點在發(fā)送數據前都要偵聽網絡中傳輸資源是否被占據，如果總線資源被搶占則不發(fā)送數據，否則立即發(fā)送節(jié)點緩沖區(qū)的數據。 CAN 總線多址接入 /沖突避免 (CSMA/CA)機制 當多個節(jié)點在共享總線，如果同時發(fā)送信息，就會發(fā)生多址干擾，這樣就會產生多址接入沖突。也正是因為這一點，才會出現后續(xù)章節(jié)提到的各種針對實時數據傳輸的消息調度算法。 CAN 總線的分層結構示意圖如圖 所示 : 圖 CAN 的 OSI參考模型的層結構 從分層順序的大體結構當中能夠看出， CAN 的底層協(xié)議僅僅只對物理層和數據鏈路層進行了規(guī)定，卻并不定義應用層，較其它通信網絡的協(xié)議相比，它本身并不夠完整。故障界定是一種自動檢測方式，它將節(jié)點的狀態(tài)分成三種基本情況，以便將永久故障和短時擾 動區(qū)別開來 [28]，在 章中將對該內容作具體介紹。介質訪問控制子層負責報文分幀、仲裁、應答、錯誤檢測與標定。 數據鏈路層含以下的兩個子層 : 介質訪問控制子層 MAC(Medium Access Control)是 CAN協(xié)議中的關鍵內容。 總線網絡節(jié)點只要在數據傳輸報文的開頭設立標識符 ID 來進行濾波，就能實現節(jié)點對節(jié)點、單節(jié)點對網絡內多節(jié)點以及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，方式靈活結構簡單；