畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)

1、摘 要隨著工業(yè)發(fā)展和社會需求的增加，汽車在社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要的角色。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械、能源、橡膠、鋼鐵等重要產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但同時(shí)也日益面臨著環(huán)境污染、能源短缺的嚴(yán)重問題。純電動(dòng)汽車以其零排放，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)越來越受到世界各國的重視，被稱作綠色環(huán)保車。作為發(fā)展電動(dòng)車的關(guān)鍵技術(shù)之一的電池管理系統(tǒng)(bms)，是純電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是這樣一個(gè)電池管理系統(tǒng)，可以直接檢測及管理電動(dòng)汽車的儲能電池運(yùn)行的全過程，實(shí)現(xiàn)對車載多級串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集和分析。本論文是基于can總線的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用stm32f103vb作為系統(tǒng)的核心芯片

2、，通過芯片自帶的12位adc對端口電壓分別進(jìn)行采集和監(jiān)測，并通過can網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛狀態(tài)量實(shí)時(shí)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)車，電池管理系統(tǒng)，電池狀態(tài)，stm32f103vbabstractwith industrial development and social demand, vehicle of social progress and economic development play important roles. although the rapid development of automobile industry promote the mac

3、hinery, energy, rubber, steel and other important industries, it is increasingly faced with environmental pollution, energy shortages and other serious problems. with the merit of zero-emission, and low noise, the pure electric vehicles which is called green cars has got more and more attention arou

4、nd the world. as one of the key technologies for the development of electric vehicles ,battery management system (bms) is the point of the pure electric vehicle industry. vehicle network data acquisition system is a battery management system that can directly detect and manage the storage battery el

5、ectric vehicles to run the whole process, to achieve the data monitoring, collection and analysis of the on-board multi-level series of lithium battery, battery temperature, speed, and other the thesis is based on the vehicle can bus data acquisition system to chose stm32f103vb network as the core o

6、f the system chip.12-bit adc which comes from the chip collect and monitor the port voltages and sent the collected data to the car dashboard through the can network , which offer real-time monitoring of vehicle status amount of data sources. key words：pure electric cars, battery management systems,

7、 the battery state, stm32f103vb摘 要1abstract2第一章 前言51.1 本課題研究的目的和意義51.2 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3 本論文研究的主要工作7第二章 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理92.1 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能概述92.1.1 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)102.1.2 基于stm32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制框圖102.2 信號的采集與處理112.3 車載系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊122.3.1 can網(wǎng)絡(luò)的基本概念122.3.2 can網(wǎng)絡(luò)在車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用132.3.3 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)142.4 系統(tǒng)預(yù)期誤差的評估

8、15第三章 基于stm32f103vb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)163.1 stm32f103vb簡介163.2 stm32f103vb電源模塊的設(shè)計(jì)173.2.1 電源電路的設(shè)計(jì)173.2.2 stm32啟動(dòng)模式電路選擇設(shè)計(jì)183.3 stm32f103vb外圍接口電路的設(shè)計(jì)193.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)193.3.2 測溫電路設(shè)計(jì)203.3.3 復(fù)位電路的電路設(shè)計(jì)213.4 stm32f103b通訊電路的設(shè)計(jì)213.4.1 can通訊接口電路設(shè)計(jì)213.4.2 jtag程序調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)223.4.3 rs485通訊電路設(shè)計(jì)23第四章 基于stm32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)254.1 k

9、eil uvision3平臺簡介254.2 基于stm32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)254.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)264.2.2 lcd顯示模塊程序設(shè)計(jì)274.2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊程序設(shè)計(jì)274.2.4 can數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計(jì)284.2.5 rs485通訊模塊程序設(shè)計(jì)28第五章誤差分析與處理295.1 誤差概述295.1.1 誤差的主要來源295.1.2 誤差的處理295.2 誤差分析305.2.1 測控系統(tǒng)的非線性305.2.2 系統(tǒng)工作環(huán)境的噪聲315.2.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性315.3 誤差處理325.3.1 實(shí)測電壓數(shù)據(jù)分析325.3.2 整機(jī)pcb板設(shè)計(jì)33第六章 總結(jié)與

10、展望356.1 總結(jié)356.2 展望35參考文獻(xiàn)36致 謝37第一章 前言1.1 本課題研究的目的和意義隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人類需求的不斷增長，對全球氣候造成嚴(yán)重的影響，二氧化碳排放量增大，臭氧層遭受到破壞等。全球?yàn)?zāi)難性氣候變化屢屢出現(xiàn)，嚴(yán)重危害到人類的生存環(huán)境和健康。面對全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減低或控制二氧化碳排放，這樣以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟(jì)”概念應(yīng)運(yùn)而生，是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進(jìn)步?！暗吞冀?jīng)濟(jì)”的實(shí)質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)、追求綠色gdp的技術(shù)，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。我國汽車工業(yè)的發(fā)展

11、，汽車持有量隨著經(jīng)濟(jì)的增長越來越大，產(chǎn)生的廢氣就會隨之增多，這樣就有悖于當(dāng)今國際國內(nèi)倡導(dǎo)的“低碳經(jīng)濟(jì)”。因此，新時(shí)代的汽車產(chǎn)業(yè)也明確提出了“綠色能源汽車”的環(huán)保概念，逐漸成為全球各大汽車企業(yè)面對的主要發(fā)展方向。在降低碳排放量，保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的國際大背景下，中國政府也明令提出”低碳減排”，從而實(shí)現(xiàn)“低碳經(jīng)濟(jì)”的持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。電動(dòng)車被認(rèn)為是傳統(tǒng)汽車向氫燃料電池車過渡過程中的最佳解決方案。而在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域被外資“欺負(fù)”了幾十年之后，中國希望在電動(dòng)車領(lǐng)域找到出口，扮演新一輪汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流的領(lǐng)導(dǎo)者。電動(dòng)汽車從動(dòng)力系統(tǒng)提供能源的角度來分類，主要分為純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車。純電動(dòng)汽車主要是由動(dòng)力

12、電池提供能源，目前還處于研究試用階段，還不能進(jìn)行大規(guī)模的推廣和使用。不論是從經(jīng)濟(jì)性、方便性和制造難度上來講，純電池動(dòng)力車的優(yōu)勢都是比較明顯的。驅(qū)動(dòng)電池動(dòng)力車的主要?jiǎng)恿碓从诙嗉壌?lián)的鋰電池，但是由于電池個(gè)體差異相差比較大，每個(gè)電瓶的工作狀態(tài)、性能指標(biāo)也各不相同，給綠色能源汽車的管理帶來很大的不便。 因此設(shè)計(jì)一種綠色能源汽車的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)特別是多級鋰電池進(jìn)行監(jiān)測、管理的系統(tǒng)是十分有必要的。而本論文所描述的設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)上述功能的車載數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。綠色能源電動(dòng)車需要由多級串聯(lián)的鋰電池為其提供動(dòng)力，但由于電壓的串聯(lián)疊加導(dǎo)致正極處具有非常高的浮電壓，可達(dá)到300v以上。而普通的檢測儀器輸入端口的耐壓

13、值一般在5v左右，很難滿足車載電池的監(jiān)測和采集，更無法實(shí)現(xiàn)對多級電池的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，判別出個(gè)體電池的工作狀態(tài)。本文中所涉及的基于can總線的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用stm32f103vb作為系統(tǒng)的核心芯片，通過芯片自帶的12位adc對端口電壓分別進(jìn)行采集和監(jiān)測，并通過can網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源。對于該課題內(nèi)容的研究，可以實(shí)現(xiàn)對車輛行駛過程中各類參數(shù)（如車速、電池電壓、剎車信號等）的動(dòng)態(tài)采集和分析?？傮w框圖如圖1-1所示。圖1-1 采集系統(tǒng)總體框圖如示意圖所示，用戶無需對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立的測量，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的集中式管理。特別是該系統(tǒng)利用較少的接口實(shí)現(xiàn)了

14、對多塊電池電壓的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，很大程度上減輕了車輛管理人員的負(fù)擔(dān)。1.2 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)之一的車載電池系統(tǒng)，從功能上來看類似于傳統(tǒng)汽車中的的發(fā)動(dòng)機(jī)，是電動(dòng)汽車的“心臟”，也是電動(dòng)汽車惟一的動(dòng)力來源。車載電池管理系統(tǒng)的技術(shù)水平直接關(guān)系到電動(dòng)汽車的質(zhì)量與安全性。而電池管理系統(tǒng)是這一核心技術(shù)的重要組成部分。由于綠色能源汽車一般都采用多級串聯(lián)的鋰電池作為車輛的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，一般由幾十只甚至數(shù)百只單體電池組成。而電池的一直性和均衡性則關(guān)系到電池的壽命和安全，對車輛的動(dòng)力也有至關(guān)重要的影響。目前，影響電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要因素包括動(dòng)力電池的安全性和使用成本問

15、題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。電池管理系統(tǒng)的功能是要監(jiān)測每一只電池的狀態(tài)和電池組的電量、健康度及高壓漏電檢測，要保證這幾百只電池的均衡性，其重要性顯而易見。為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須對電池進(jìn)行合理有效的管理和控制，為此，國內(nèi)外均投入大量的人力物力開展廣泛深入的研究。無論是汽車整車企業(yè)還是電池生產(chǎn)企業(yè)，都已認(rèn)識到能源管理系統(tǒng)的重要性，也非常重視這一技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。隨著綠色能源汽車的興起和推廣，國內(nèi)外已經(jīng)有部分科研機(jī)構(gòu)開始著手對車載電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研究和開發(fā)。國內(nèi)對于車載電池管理系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，如同濟(jì)大學(xué)與來自北美的芯片開發(fā)商凹凸科技(o2 mic

16、ro)建立了汽車電子應(yīng)用技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,將凹凸科技的芯片應(yīng)用于為超越系列燃料電池汽車研發(fā)的燃料電池和儲能電池管理系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)室與上汽集團(tuán)等聯(lián)合開發(fā)的電池管理系統(tǒng)目前已初步試運(yùn)行在上海世博會的燃料電池汽車系統(tǒng)中。雖然類似的有關(guān)車載數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法比較多，但大多數(shù)的車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是針對部分參數(shù)進(jìn)行小規(guī)模的集中管理。還不能適應(yīng)全車數(shù)據(jù)的便攜式采集和整車數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析。而本課題中還需要實(shí)現(xiàn)對多塊電池的智能管理，目前市場上同類產(chǎn)品的研發(fā)還比較缺乏。在國際上，也有不少發(fā)達(dá)國家對該課題進(jìn)行了深入的研究，并取得了一些成果。如日本青森工業(yè)研究中心從1997年開始至今，仍在持續(xù)進(jìn)行電池管理系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

17、的研究；美國villanova大學(xué)和usnanocorp公司已經(jīng)合作多年對各種類型的電池soc進(jìn)行基于模糊邏輯的預(yù)測；豐田、本田以及通用汽車公司等都把電池管理系統(tǒng)納入技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。但由于這些產(chǎn)品價(jià)格昂貴，適用領(lǐng)域有所限制，知識產(chǎn)權(quán)等問題，不適合于在國內(nèi)進(jìn)行大范圍的推廣和使用。 1.3 本論文研究的主要工作綜合國內(nèi)外的在電池管理系統(tǒng)上的情況，開發(fā)一套適用范圍廣、使用簡單方便、價(jià)格低廉的系統(tǒng)，給廣大電瓶車用戶的帶來實(shí)惠的同時(shí)，也對降低傳統(tǒng)能源的消耗，減低碳排放起到了重大的作用。在本課題的研究過程中，閱讀了大量的書籍和參考文獻(xiàn)，并深入汽車生產(chǎn)單位進(jìn)行實(shí)地考察和調(diào)研，充分對本課題的可行性進(jìn)行分析。

18、在硬件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)前期論證的基礎(chǔ)，對整個(gè)車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的硬件電路設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求分析完成了元器件的選型和原理圖和pcb板的設(shè)計(jì)工作，并對電路板進(jìn)行了初步的功能調(diào)試。在軟件設(shè)計(jì)方面，在keil軟件平臺上完成了嵌入式單片機(jī)stm32f103b的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對車載多級串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集和分析。以軟件流程圖的方式將系統(tǒng)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)與軟件代碼結(jié)合起來，實(shí)軟件程序的編寫和測試。第二章 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理2.1 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能概述車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)際上就是一套電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，它主要是對電池系統(tǒng)中的幾十塊甚至是上百塊電池

19、進(jìn)行有效地管理。對電池組中的每一塊電池的電量、溫度進(jìn)行有效地檢測，以及檢查某一塊電池是否低電量、是否有故障，防止因某一塊電池電量過低或者出現(xiàn)故障而不能正常工作導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)崩潰的情況發(fā)生。表2.1為各模塊的主要功能、傳感器采集信號和執(zhí)行器件。表2-1 電池管理系統(tǒng)的主要模塊電池管理系統(tǒng)模塊功能傳感器采集的信號執(zhí)行器件電池保護(hù)模塊防止電池過充、過放、過流電壓、電流充電機(jī)及電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器電池檢測模塊監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)狀電壓、電流、溫度顯示裝置soc模塊預(yù)測電池的soc 值電壓、電流、溫度顯示裝置均衡充放電模塊對電池的充放電進(jìn)行均衡管理電壓、電流均衡裝置車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這樣一個(gè)電池管理系統(tǒng)對

20、電動(dòng)車電池組進(jìn)行管理，電池的電壓、容量、溫度參數(shù)進(jìn)行檢測。比如電池低電量、電池溫度過高、使用時(shí)間過長以及短路等會導(dǎo)致電動(dòng)車無法正常行駛的因素在即將發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的危險(xiǎn)信號等，可以起到報(bào)警作用，便于人們及時(shí)排除故障。車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了對電動(dòng)車的電池系統(tǒng)進(jìn)行有效地管理以外，其他的功能還有能準(zhǔn)確且及時(shí)檢測車輛系統(tǒng)的參數(shù)如:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度、剎車、水溫、真空度、擋位、空調(diào)狀態(tài)、鑰匙狀態(tài)、離合器狀態(tài)等,并通過總線傳送給多能源管理單元,多能源管理單元以此作為決策依據(jù). 因此,此系統(tǒng)可以作為整輛汽車系統(tǒng)的眼睛.綜上所述，車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要工作原理可簡單歸納為：數(shù)據(jù)采集電路首先采集

21、電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，再由電子控制單元(ecu)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，并向外界傳遞信息。 2.1.1 車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種新型且性能比較好的電池管理系統(tǒng)，選用的是集成了can 控制器模塊stm32芯片平臺的微控制器，建立在一塊pcb板的嵌入式單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個(gè)部分，由于其低功耗，體積小，集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)由性能較高的微處理器為核心,配合大容量的程序和數(shù)據(jù)存存器及總線接口構(gòu)成,由此它能對從總線上傳來的系統(tǒng)信息進(jìn)行迅速處理,大容量的數(shù)據(jù)存儲器中存放了系統(tǒng)運(yùn)行最佳狀態(tài)參數(shù)

22、,這樣處理器就能及時(shí)并精確按控制策略對采集到的電池?cái)?shù)據(jù)變量進(jìn)行分析并處理。本論文所描述的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要由微處理器、開關(guān)量接口、adc轉(zhuǎn)換、頻率變換及can總線接口構(gòu)成。 電池管理單元由高性能32位的，基于arm核的較高級的微處理器和必要的外圍電路構(gòu)成,采集系統(tǒng)收集各電池的當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)(電壓、容量、溫度) ,并將這些信息進(jìn)行處理后通過can網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)對車的身上的各種參數(shù)的動(dòng)態(tài)測量。同時(shí)也會將電池組的狀態(tài)量傳送到顯示單元進(jìn)行顯示。 2.1.2 基于stm32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制框圖根據(jù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)功能和實(shí)際參與控制的對象, 設(shè)計(jì)出電池管理系統(tǒng)中央控制器及電池

23、測控模塊,采用功能劃分和模塊化設(shè)計(jì)思想, 系統(tǒng)分離成不同的功能模塊。電池管理系統(tǒng)中央控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心,整個(gè)硬件系統(tǒng)主要由3 個(gè)模塊組成: （1）信號采集模塊; （2）中央處理器模塊; （3）顯示模塊。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如下圖2-1 所示。圖2-1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖2.2 信號的采集與處理電動(dòng)汽車的蓄電池組通常要包含幾十只甚至上百只單體電池，鋰電池或鎳氫電池可能達(dá)到上百個(gè)單體，通常工作電壓在300 v 左右，工作電流高達(dá)幾百安培。電池組一般都采用串聯(lián)方式工作，工作電流與單體電池是一樣的，檢測比較容易，而端電壓的檢測則比較困難。若只檢測電池組的端電壓，方法很簡單，只需在電

24、池組的兩端接上檢測電路即可，但這樣做是不行的，因?yàn)殡m然可以得到總的工作電壓，但無法判斷具體某只單體電池的端電壓，而只要有一只電池出問題就會影響整組電池的正常工作和性能。電池管理系統(tǒng)需要采集的信號有:電壓信號、電流信號和溫度信號。過多的信號將導(dǎo)致電池管理系統(tǒng)過于復(fù)雜,從降低成本和提高系統(tǒng)的可靠性等方面考慮,電池管理系統(tǒng)越簡單越好。電池管理系統(tǒng)信號采集如下:(1) 電壓信號的采集:鋰離子電池管理系統(tǒng)需要采集每個(gè)單體電池的電壓信號。電壓采集電路通過線性光耦開關(guān)依次選擇被測的電池單體,通過采樣保持電路后,經(jīng)a/ d 轉(zhuǎn)換采集電壓數(shù)據(jù)。(2)電流信號的采集:系統(tǒng)只需采集整個(gè)電池箱的充放電電流,故采用分流

25、計(jì)采集電流數(shù)據(jù)。(3)溫度信號的采集:采用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)。綜合考慮溫度的準(zhǔn)確性和可靠性,電池箱設(shè)置10個(gè)溫度采集點(diǎn),均勻分布在電池箱的待測電池單體上。本文所述信號采集系統(tǒng)的基本處理方法，是外圍電路提供一個(gè)參考電壓，把采集到的狀態(tài)量轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過兩者的比較，把得出的數(shù)據(jù)通過can口傳輸?shù)絻x表上顯示。通過比較得出的x值就是所檢測的電池電壓。本系統(tǒng)設(shè)定的參考電壓為3.3v，假設(shè)采集到的信號量為x，采用的原理公式如下：電池電壓參考電壓=xoxfff2.3 車載系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊2.3.1 can網(wǎng)絡(luò)的基本概念can總線是德國bosch公司20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器

26、之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議.can已成為國際標(biāo)準(zhǔn)( iso - 11898) ,是具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線,規(guī)范210a 和210b. can 總線可支持8 /16位cpu,可與各種處理器接口或組成智能化儀器儀表;可工作于多主工作方式,任一節(jié)點(diǎn)任一時(shí)刻均可主動(dòng)發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活,可方便的構(gòu)成多機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng);節(jié)點(diǎn)可分成不同優(yōu)先級,滿足不同的實(shí)時(shí)要求;采用非破壞性總線仲裁技術(shù),多點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí),優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn),主動(dòng)停止發(fā)送,優(yōu)先級高的不受影響繼續(xù)發(fā)送,有效的避免了總線沖突;可采用點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù),直接傳送距離達(dá)10km /5kbps, 速率最

27、高達(dá)1mbp s/40m,總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)理論值達(dá)2000 個(gè),實(shí)際由于時(shí)延可達(dá)110個(gè);采用短幀結(jié)構(gòu)每一幀有效字節(jié)8個(gè),傳輸時(shí)間短,受干擾概率低,重新發(fā)送快;通訊介質(zhì)可采用雙絞線及光纖;用戶接口簡單、編程方便;溫度- 40 + 125工作;節(jié)點(diǎn)故障時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉總線功能,可以與總線脫離,不影響總線操作;每幀具有crc校驗(yàn)和其它檢測措施,保證出錯(cuò)率極低;具有很高的適應(yīng)性;接口收發(fā)器具有瞬時(shí)電壓保護(hù), rt抑制、熱保護(hù)、短路保護(hù)等. can 通信協(xié)議規(guī)定了4 種不同的幀格式,即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和超載幀。基于下列5 條基本規(guī)則進(jìn)行通信協(xié)調(diào)：（1）總線訪問；（2）仲裁；（3）編碼/ 解碼；（4）

28、出錯(cuò)標(biāo)注；（5）超載標(biāo)注。電動(dòng)車對通信系統(tǒng)的要求是: （1） 數(shù)據(jù)傳輸可靠、實(shí)時(shí)性高,傳輸速率高、誤碼率低; （2） 系統(tǒng)的可靠性高,即當(dāng)節(jié)點(diǎn)或總線出現(xiàn)故障時(shí)對整車性能的影響盡可能的小; （3） 系統(tǒng)的魯棒性好,允許多主網(wǎng)絡(luò)存在。can 總線作為一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)完全能夠滿足這些要求,其模型結(jié)構(gòu)只有三層,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。2.3.2 can網(wǎng)絡(luò)在車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用電動(dòng)車can 總線系統(tǒng),由中央控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)組成。各個(gè)控制器之間通過can 總線進(jìn)行通信,以實(shí)現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)的共享、控制指令的發(fā)送和接收等

29、,并使各自的控制性能都有所提高,從而提高系統(tǒng)的控制性能。它們之間的通信與信息類型為信息類和命令類。信息類主要是發(fā)送一些信息,如傳感器信號、診斷信息、系統(tǒng)的狀態(tài)。can 總線具有較高的性價(jià)比,結(jié)構(gòu)簡單,器件容易購置,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低,開發(fā)技術(shù)容易掌握,能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具。本文所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)是應(yīng)用在電池電動(dòng)汽車的整車分布式can 網(wǎng)絡(luò)上的, 對整個(gè)can 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。圖2-2 can網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖can網(wǎng)絡(luò)在本文設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)中起到的作用跟如上所述相同。通過信號采集系統(tǒng)對各單體蓄電池的溫度和電壓進(jìn)行監(jiān)測采集，通過can總線與控制器進(jìn)

30、行通訊，將蓄電池組soc，溫度和電壓等參數(shù)實(shí)時(shí)傳送給總控制器。2.3.3 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)一般認(rèn)為電池管理系統(tǒng)主要有如下功能：電池狀態(tài)參數(shù)采集(包括溫度、電壓、電流等)、電池荷電狀態(tài)(soc)的準(zhǔn)確估計(jì)、不健康電池的早期診斷、對電池組安全運(yùn)行全面監(jiān)控，如防止電池的過充電和過放電等。本采集系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及指標(biāo)（1） 自動(dòng)在線連續(xù)監(jiān)測不同標(biāo)定電壓電池的單體電壓及總電壓值。（2） 自動(dòng)對蓄電池組參數(shù)按時(shí)間順序循環(huán)檢測。（3） 電池老化監(jiān)測與落后電池甄別，對其補(bǔ)充充電。（4） 電池組/ 單電池充電壓監(jiān)測與超常判斷，報(bào)警。（5） 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程管理和集中監(jiān)控。（6）模塊化結(jié)構(gòu)，便于安裝維護(hù)。2.4 系

31、統(tǒng)預(yù)期誤差的評估本文設(shè)計(jì)的的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對電動(dòng)車動(dòng)態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，由于諸多外界因素的影響，不可避免的會造成系統(tǒng)誤差。(1) 電流測量誤差。本系統(tǒng)采用的是霍爾是電流計(jì)，二而電機(jī)內(nèi)的電流產(chǎn)生的磁場會對霍爾電流計(jì)產(chǎn)生影響，這樣就導(dǎo)致了測量誤差的出現(xiàn)。(2) 電池溫度誤差。電池的溫度是通過溫度傳感器采集信號的，電動(dòng)車在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)顛簸，可能導(dǎo)致傳感器松動(dòng)等不良測量狀態(tài)的出現(xiàn)，這樣測量的電池溫度就可能不全是電池溫度，采集的信號也可能是溫度信號。(3) 電機(jī)溫度誤差。電機(jī)的溫度測量采用的信號放大裝置，pt100是很敏感的電阻。稍微遇到信號干擾就會出現(xiàn)測量值的偏差，比如噪聲等造成的。(4)

32、 車速測量誤差。車速測量采用的是脈沖采集法，由于每個(gè)脈沖方波的時(shí)間很短，對信號的采集控制就不容易控制。如2.3圖所示圖2.3 脈沖方波圖如每五個(gè)周期的脈沖進(jìn)行一次采集，系統(tǒng)就可能以脈沖的上沿線和下沿線難以辨別，就會造成采集時(shí)間長度t1和t2的不同，這樣就會存在一個(gè)周期的誤差。第三章 基于stm32f103vb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹stm32f103vb系列芯片以及其外圍電路的設(shè)計(jì)。選擇stm32f103vb芯片的原因是因?yàn)檫@個(gè)芯片帶有can借口和adc模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而汽車上幾乎所有的端口都是can接口。而且此采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多塊高壓電池的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，并不需要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以直接從

33、can端口輸送到儀表上面顯示出來。具體可以檢測的內(nèi)容如查電池是否有故障，某一塊電池低電壓而且可以找出是哪一塊電池出現(xiàn)了異常。這就是本采集系統(tǒng)的意義所在。車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要分為微控制器最小系統(tǒng)、信號采集電路、電源電路、光電隔離電路、信號巡檢電路、can 通信和串口通信以及擴(kuò)展eeprom電路。如圖3-1所示： 圖3-1電池管理系統(tǒng)硬件框圖3.1 stm32f103vb簡介stm32f103vb是一個(gè)完整的系列，其成員之間是完全地腳對腳兼容，軟件和功能上也兼容，其功能描述如下。（1） 內(nèi)核：arm 32位的cortex-m3 cpu：最高72mhz工作頻率；在存儲器的0等待周期訪問時(shí)可

34、達(dá)1.25dmips/mhz；單周期乘法和硬件除法。（2） 存儲器：從64k或128k字節(jié)的閃存程序存儲器；高達(dá)20k字節(jié)的sram。（3） 時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理： 2.03.6伏供電和i/o引腳；上電/斷電復(fù)位 (por/pdr)、可編程電壓監(jiān)測器(pvd)； 416mhz晶體振蕩器；內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8mhz的rc振蕩器內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40khz的rc振蕩器；產(chǎn)生cpu時(shí)鐘的pll；帶校準(zhǔn)功能的32khz rtc振蕩器（4） 低功耗：睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式；vbat為rtc和后備寄存器供電（5） 2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1s轉(zhuǎn)換時(shí)間(多達(dá)16個(gè)輸入通道)：轉(zhuǎn)換范圍：0至3.6v；雙采樣和保持功能；溫

35、度傳感器（6） dma：7通道dma控制器；支持的外設(shè)：定時(shí)器、adc、spi、i2c和usart（7） 多達(dá)80個(gè)快速i/o端口：26/37/51/80個(gè)i/o口，所有i/o口可以映像到16個(gè)外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5v信號（8） 調(diào)試模式：串行單線調(diào)試(swd)和jtag接口（9） 多達(dá)7個(gè)定時(shí)器：3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/pwm或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入；1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的pwm高級控制定時(shí)器；2個(gè)看門狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)；系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)器。（10） 多達(dá)9個(gè)通信接口：多達(dá)2個(gè)i2c接口

36、(支持smbus/pmbus)多達(dá)3個(gè)usart接口(支持iso7816接口，lin，irda接口和調(diào)制解調(diào)控制)；多達(dá)2個(gè)spi接口(18m位/秒)；can接口(2.0b 主動(dòng))；usb 2.0全速接口。（11） crc計(jì)算單元，96位的芯片唯一代碼（12） ecopack封裝這些豐富的外設(shè)配置，使得stm32f103vb產(chǎn)品容量增強(qiáng)型系列微控制器適合于多種應(yīng)用場合：（1） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制（2） 醫(yī)療和手持設(shè)備（3） pc游戲外設(shè)和gps平臺（4） 工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器(plc)、變頻器、打印機(jī)和掃描儀（5） 警報(bào)系統(tǒng)、視頻對講、和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等3.2 stm32f103vb電源模

37、塊的設(shè)計(jì)3.2.1 電源電路的設(shè)計(jì)stm32f103vb系列的供電方案如下：（1） vdd=3.3v：vdd引腳為i/o引腳和內(nèi)部調(diào)壓器供電。（2） vssa，vdda = 3.3v：為adc、復(fù)位模塊、rc振蕩器和pll的模擬部分提供供電。使用adc時(shí)，vdda不得小于2.4v。vdda和vssa必須分別連接到vdd和vss。（3） vbat=1.83.6v：當(dāng)關(guān)閉vdd時(shí)，(通過內(nèi)部電源切換器)為rtc、外部32khz振蕩器和后備寄存器供電。供電模塊電路圖如圖3-2所示圖3-2 供電電路由穩(wěn)壓模塊jp7提供12v的電壓，f1為保險(xiǎn)絲，過流時(shí)自行熔斷達(dá)到保護(hù)電路的作用。d1是二極管，也是起到

38、電路保護(hù)的作用，電池模塊正負(fù)極接反的情況下，防止穩(wěn)壓模塊lm1117-3.3受到損壞。c1和c2都是濾波的電容，提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓值。lm1117-3.3是一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器系列，可以是vout端的電壓穩(wěn)定在3.3v，此電壓滿足芯片電壓要求，可以直接輸入芯片的vdd接口。 3.2.2 stm32啟動(dòng)模式電路選擇設(shè)計(jì) stm32這顆cortex-m3控制器，與其他許多arm一樣，提供了boot0和boot1兩個(gè)管腳用于啟動(dòng)選擇。(1)boot1=x；boot0=0。從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。(2)boot1=0；boot0=1。從系統(tǒng)存儲器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠家設(shè)置。（用于串

39、口isp）(3)boot1=1，boot0=1。從內(nèi)置sram啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試。在芯片上電復(fù)位時(shí)，boot0和boot1兩個(gè)管腳的狀態(tài)將決定芯片從何處啟動(dòng)。模式選擇的電路比較簡單，如圖3-3所示圖3-3 模式選擇電路3.3 stm32f103vb外圍接口電路的設(shè)計(jì)3.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì) 數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對于有權(quán)代碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的模擬，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字-模擬的轉(zhuǎn)換。這就是構(gòu)成a/d轉(zhuǎn)換器的原理。本論文adc外圍電路設(shè)計(jì)圖如圖3-4所

40、示，從電源電路得到3.3v電壓，經(jīng)過濾波器濾波后得到穩(wěn)定的3.3v參考電壓。圖3-4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路stm32f103vb增強(qiáng)型產(chǎn)品內(nèi)嵌2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)，每個(gè)adc共用多達(dá)16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。adc接口上的其它邏輯功能包括： 同步的采樣和保持 交叉的采樣和保持 單次采樣adc可以使用dma操作。模擬看門狗功能允許非常精準(zhǔn)地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當(dāng)被監(jiān)視的信號超出預(yù)置的閥值時(shí)，將產(chǎn)生中斷。由標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器(timx)和高級控制定時(shí)器(tim1)產(chǎn)生的事件，可以分別內(nèi)部級聯(lián)到adc的開始觸發(fā)和注入觸

41、發(fā)，應(yīng)用程序能使ad轉(zhuǎn)換與時(shí)鐘同步。3.3.2 測溫電路設(shè)計(jì)由于蓄電池組的溫度變化是緩慢的，因此單片機(jī)對多組蓄電池組的溫度進(jìn)行循環(huán)檢測傳感器測量值經(jīng)過轉(zhuǎn)換，放大，濾波等處理，在經(jīng)過單片機(jī)的adc模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到的測量值，經(jīng)過軟件的是設(shè)定值換算就可以得到電池組的實(shí)際溫度。溫度信號的采集用的是電橋測量變換量，再由lm324放大信號的原理。電路圖如圖3-5所示。圖3-4 溫度測量電路在電橋電路中安裝一個(gè)pt100電阻，此電阻在溫度不發(fā)生變化時(shí)，電橋是處于平衡狀態(tài)的，也就是說電橋的輸出端的兩端壓差為0。當(dāng)溫度出現(xiàn)變量時(shí)，pt100的阻值便發(fā)生變化，從而體現(xiàn)位電橋的輸出端壓差變化。溫度變化是一個(gè)緩慢的過

42、程，溫度變化過程中pt100的變化量非常小，因此電橋電路中產(chǎn)生的壓差很小，像1mv這樣的壓差變化的測量是不可能用電壓表測量的，這樣，采用了lm324對信號進(jìn)行放大，使之變化信號在1v以上，經(jīng)過單片機(jī)的adc模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到的測量值，再通過定值換算就可以得到電池組的實(shí)際溫度。3.3.3 復(fù)位電路的電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)比較簡單，如圖3-5。其功能就是讓芯片的內(nèi)部電壓數(shù)據(jù)恢復(fù)到原始值。采用的方法就是讓其電源電壓接地，復(fù)位開關(guān)不打開時(shí)，電路一直處于高頻 脈沖，當(dāng)復(fù)位開關(guān)打開時(shí)，輸入端電壓與地相接，電位為零，電路中出現(xiàn)一個(gè)低脈沖是的芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)回復(fù)初始值。圖3-5 復(fù)位電路3.4 stm32f103

43、b通訊電路的設(shè)計(jì)3.4.1 can通訊接口電路設(shè)計(jì)can 通訊協(xié)議采用目前流行的j 1939 協(xié)議。j 1939 是一種支持閉環(huán)控制的在多個(gè)ecu 之間高速通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,它是以can2. 0 為網(wǎng)絡(luò)核心。sae j 1939 不僅能夠傳輸測量值和控制數(shù)據(jù)并配置元件,還能夠讀或刪除單個(gè)元件診斷數(shù)據(jù),并對單個(gè)控制進(jìn)行校準(zhǔn)。表3.1介紹了can2. 0 的標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式,及j 1939 協(xié)議所定義的格式。表3.1 can標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式can擴(kuò)展幀格式sof11位標(biāo)識符srride18位擴(kuò)展標(biāo)識符j1939幀格式幀起始位優(yōu)先權(quán)3位r位（保）數(shù)據(jù)頁dppf格式6位srr位擴(kuò)展標(biāo)識pfps格式（8位）源

44、地址（8位）can12-4567-12131415 1617-2425-32幀位置28-26252423-1817 1615-87-0can 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信采用的是can 控制芯片mcp2551.單片機(jī)能完成數(shù)據(jù)的采集并上報(bào),以及接受上位機(jī)的命令. 采集得到的數(shù)據(jù)在can控制器mcp2551中完成can 協(xié)議包的封裝.收發(fā)器pca82c250提供差動(dòng)發(fā)送和接受能力,提高總線的驅(qū)動(dòng)和抗干擾能力,完成數(shù)據(jù)在can總線上的收發(fā)，總線的兩個(gè)端點(diǎn)需加120的匹配電阻。如圖3.7所示。圖3-7 can網(wǎng)絡(luò)通訊電路圖3.4.2 jtag程序調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)jtag可以對同一塊電路板上多塊芯片進(jìn)行測試。trst

45、、tck和tms信號并行至各個(gè)芯片，而一塊芯片的tdo接至下一芯片的tdi。電路圖如圖3-8所示。圖3-8 jtag程序電路圖各接口功能如下所述：(1) trst：測試復(fù)位輸入信號，測試接口初始化(2) tck：測試時(shí)鐘，在tck時(shí)鐘的同步作用下，通過tdi和tdo引腳串行移入移出數(shù)據(jù)或指令；同時(shí)，也為tap（測試訪問端口）控制器的狀態(tài)機(jī)提供時(shí)鐘。(3) tms：測試模式選擇信號，控制測試接口狀態(tài)機(jī)的操作。(4) tdi：測試數(shù)據(jù)輸入線，其串行輸入數(shù)據(jù)至邊界掃描寄存器或指令寄存器（tap控制器的當(dāng)前狀態(tài)及己保存在指令寄存器中的指令來控制）。(5) tdo：測試數(shù)據(jù)輸出線，把從邊界掃描鏈采樣的數(shù)

46、據(jù)傳輸至串行測試電路中的下一個(gè)芯片。3.4.3 rs485通訊電路設(shè)計(jì) 本文的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還用到485接口，其電路圖如圖3-9所示圖3-9 rs485通訊電路除上述之外，為了減小電磁干擾, 采取如下措施:1) 在微控制器和can 收發(fā)器之間加入高速光耦隔離器; 2) 單片機(jī)工作電源與車輛電源地線分離, 消除地線竄擾的可能; 3) 數(shù)字溫度傳感器使用屏蔽電纜封裝, 屏蔽地搭鐵; 4) can 總線選用屏蔽雙絞線, rs485 總線也選用雙絞線; 5) pcb 制作盡量加大線間距以降低導(dǎo)向間的分布電容, 使導(dǎo)向垂直以減小磁場耦合, 減小電源線走線有效面積; 第四章 基于stm32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)

47、計(jì)4.1 keil uvision3平臺簡介keil uvision3是keil software公司推出的一款可用于arm核控制器的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，該ide同時(shí)也是mc51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uvision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)mcu，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。uvision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于mcui/o引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。keil uvision3程序啟動(dòng)開始界面如圖4-1所示。圖4-1 keil uvision3程序

48、啟動(dòng)開始界面4.2 基于stm32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件均采用模塊化程序設(shè)計(jì), 中央控制器程序采用c 語言編寫, 根據(jù)系統(tǒng)具有的功能分為若干子程序。其中各節(jié)點(diǎn)程序流程圖見圖4.1。 圖4.1 主程序流程圖本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為幾個(gè)模塊： 采集模塊程序； lcd顯示程序；can總線通信程序；rs485通訊模塊程序。各節(jié)點(diǎn)結(jié)合采集到的電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)， 對a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過can網(wǎng)絡(luò)輸出顯示。 4.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)通過i/o口控制采集電路中的各個(gè)芯片，使各個(gè)模擬信號按要求進(jìn)入到a/d轉(zhuǎn)換口，根據(jù)a/d采樣值計(jì)算出電池各種信息。數(shù)據(jù)采集的首先要初始

49、化adc模數(shù)轉(zhuǎn)換器，再運(yùn)行程序程序。表示如下：void adcdata(void) initadc ( ); /初始化adc getdataadc ( ); /模數(shù)轉(zhuǎn)換4.2.2 lcd顯示模塊程序設(shè)計(jì) lcd顯示模塊程序的運(yùn)行開始前也是初始化，再運(yùn)行程序，表示如下：void lcddisplay(v8 data) initlcd ( ); /初始化 datadisplay ( ); /顯示 delay ( ); /延時(shí)4.2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊程序設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)的工作周期長，有些重要參數(shù)、數(shù)據(jù)要求在掉電情況下不丟失，這就需要對存儲模塊的進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。存儲模塊程序運(yùn)行開始前也是初始化，再運(yùn)行程

50、序，表示如下：void read/saveeeprom(u8 data) initeeprom ( ); /初始化closeintr( ); /關(guān)閉所有中斷writedatatoeeprom(u8 data);/向eeprom寫數(shù)據(jù)data=readdatafromeeprom();/從eeprom讀數(shù)據(jù)openintr( ); /打開所有中斷4.2.4 can數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果主要是通過can總線傳輸?shù)街醒肟刂浦行?，使用車載液晶進(jìn)行顯示。根據(jù)液晶面板按鍵可顯示兩種界面:電池組信息，單體電池信息。can數(shù)據(jù)通訊模塊程序運(yùn)行開始前也是初始化，再運(yùn)行程序，表示如下:void can

51、-communicate(u8 data) initcan ( ); /初始化can網(wǎng)絡(luò) cansend ( ); /發(fā)送數(shù)據(jù) canrecv ( ); /接收數(shù)據(jù) data = candata3; /從can寄存器讀取數(shù)據(jù)4.2.5 rs485通訊模塊程序設(shè)計(jì)rs485通訊模塊程序設(shè)計(jì)同can數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計(jì)類似，都是運(yùn)行開始前也是初始化，再運(yùn)行程序，表示如下:void rs485-communicate(u8 data) init rs485 ( ); /初始化 rs485send ( ); /發(fā)送 rs485recv ( ); /接收 data = rs485 data （3）; /

52、保存數(shù)據(jù) stm32的車在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)大致就有上述幾類，是在keil平臺上開發(fā)，考慮到電動(dòng)汽車的運(yùn)行環(huán)境, 在系統(tǒng)硬件采用抗干擾措施的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行了軟件抗干擾設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中使用了濾波、冗余、軟件陷阱等技術(shù), 防止程序異常, 保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。第五章誤差分析與處理5.1 誤差概述5.1.1 誤差的主要來源由于本文所設(shè)計(jì)的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不可能絕對的精確，測量原理的局限性、測量方法的不夠完善、周圍環(huán)境因素影響和外界干擾的存在等，使得測量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映出被測量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差就是測量誤差，簡稱為誤差。在定量分析中，誤差主要來源于以下三個(gè)方面：(1) 分析方

53、法：由于任何一種分析方法都僅是在一定程度上反映被測體系的真實(shí)性。因此，對于一個(gè)樣品來說，采用不同的分析方法常常得到不同的分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)我們采用不同手段對同一樣品進(jìn)行同一項(xiàng)目測定時(shí)，經(jīng)常得到不同的結(jié)果，說明分析方法和操作均會引起誤差。(2) 儀器設(shè)備：由于儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)，所用的儀表及標(biāo)準(zhǔn)量器等引起的誤差稱為儀器設(shè)備誤差.如：傳感元件不靈敏、儀表指示有誤差、標(biāo)定刻度不準(zhǔn)等。(3) 操作環(huán)境：操作環(huán)境誤差是由于操作的環(huán)境狀態(tài)，如濕度、溫度、氣壓、振動(dòng)、電磁場、光線等條件與要求不一致而引起儀器設(shè)備的量值變化，儀器指示滯后或超前而產(chǎn)生誤差。此外，環(huán)境對分析對象本身也會引起改變。5.1.2 誤差的處

54、理為了提高測量數(shù)據(jù)的精確性，減小誤差對數(shù)據(jù)的影響，本文從誤差來源上進(jìn)行分析和處理，最終爭取將誤差的影響減弱到最低程度。1 設(shè)備誤差的處理(1) 標(biāo)準(zhǔn)器件誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過程中對于系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)的測量所采用的器件的標(biāo)準(zhǔn)均比文中所要求的測量標(biāo)準(zhǔn)高一級別，如采用惠普多功能萬用表來測量電壓和電流，高精度的點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行溫度測量等等。同時(shí)，還通過軟件的方法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證所測數(shù)據(jù)的精度。(2) 儀表誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過程中選擇了較好的元器件、設(shè)計(jì)了較為合理的測試程序，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟季郑@樣就可以減少在測量過程中儀器本身引起的誤差。(3) 附件誤差的處理：本文在設(shè)計(jì)過程中通過采用標(biāo)準(zhǔn)成熟的

55、接口器件可以減少觸點(diǎn)的影響等。這樣可以減少在測量過程中由附件引起的誤差。2 環(huán)境誤差的處理在測試過程中，本文設(shè)計(jì)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)環(huán)境相對較為良好，溫度、濕度和電磁干擾對本儀器的影響相對較小。一些惡劣的環(huán)境由于條件的限制暫時(shí)無法模擬。但信號采集系統(tǒng)在工作的過程中，對各個(gè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和修正，以此抵消或削弱外界環(huán)境的變化對儀器測量所帶來的誤差。3 人員誤差的處理人員誤差是由測量人員造成的，包括技術(shù)性誤差、粗心大意誤差、程序性誤差、明知故犯誤差四種，在檢驗(yàn)過程中由于人為因素而造成的檢驗(yàn)誤差占了大部分。為了減少操作人員帶來的誤差，應(yīng)該主要從管理制度上入手，儀器的先進(jìn)性只能減少其部分的影響。4 方法誤差的處理在對數(shù)據(jù)的處理上，本文在一組數(shù)據(jù)（本文是10個(gè)數(shù)據(jù)）中檢測出12個(gè)不可靠數(shù)據(jù)并利用剩下的數(shù)據(jù)求加權(quán)平均計(jì)算出一個(gè)測試結(jié)果，這種處理方法可以在很大程度上減少由于外界環(huán)境造成的尖峰干擾，比較符合車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。5.2 誤差分析5.2.1 測控系統(tǒng)的非線性在車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，測控系統(tǒng)的非線性包括傳感器的非線性、放大器的非線性以及a