纯电动客车状态监测系统的研究应用.doc

纯电动客车状态参数监测系统
李红，邵金菊
山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049
摘要：纯电动客车信号采集系统，可实时监测车辆工作状态，为整车控制方略研究和故障诊断打下基本。针对纯电动客车信号监测问题，提出了一种信号监测方案。实验仿真成果表白：信号监测方案芯片选型及硬件电路连接对的，且可用汇编语言在LY-51S开发板上仿真，以证明信号采集系统软硬件可行性。
核心词：纯电动客车，单片机，信号监测，KeilC51软件仿真
中图分类号：TP23 TK05 文献标记码： T
The electric vehicle condition，s monitoring system
Li hong Shao jin ju
The university of technology and science，Zibo，255049，China
Abstract：Electric vehicle signal acquisition systems can monitor vehicle operating state in real-time. And it also lays the foundation for the vehicle control strategy and fault diagnosis. For this problem，it proposes a signal monitoring program. Simulation results show that：chip selection of the signal monitoring program and the hardware circuit is connected correctly，so it demonstrates the feasibility of signal acquisition system hardware and software.
Key words：Electric buses，Microcontroller，Signal acquisition，KeilC51 software simulation字典
收稿日期：-6-24
基金项目：基金项目类别(项目编号)
作者简介：第一作者姓名 李红（1989.11.28）， 性别 女， 职称 无， 学位 学士，E-mail：；
通讯作者：姓名 李红， 性别 女. E-mail：
随着汽车保有量急剧升高，能源和环境问题日益突出。汽车节能减排问题备受关注，而纯电动客车研究发展则是当今汽车工业藉以解决能源、环保问题重要途径[1]。纯电动客车信号检测系统，可实时监测车辆工作状态，在浮现故障时进行提示报警，为整车控制方略研究和故障诊断打下基本。当前，国际上发达国家在信号检测方面已经获得了辉煌成就，并已广泛应用于挖掘机等工程车辆上[2、3]。但是，国内在车辆监控领域中研究开展比较晚，事实上还处在起步阶段。而近年来浮现以单片机为核心监测和诊断系统具备功能强、灵活性好、操作以便等长处。因而开发一种以单片机为核心系统，实现对车辆工作运营参数实时监测，迅速、精确、可靠、客观地评价其技术状况，具备十分重要现实意义[2、3]。
1.纯电动客车状态监测系统设计方案
1.1整体方案
纯电动客车信号采集系统，可实时监测车辆工作状态，在浮现故障时进行提示报警，为整车控制方略研究和故障诊断打下基本。本文需要采集信号有：模仿量信号、开关量信号。其中模仿量涉及：加速踏板开度、制动踏板开度、电池电压、电池温度、车速、电机转速；开关量信号涉及：档位开关、钥匙开关、空调开关、充电开关、巡航批示开关，通过对这些参数进行数据解决和分析，可获得电动汽车动态运营工况和动态运营参数，如车速、加速度、减速度、电机转速及档位等。如图1所示。

ECU
加速踏板信号
车速
电机转速
电池温度
档位开关
钥匙开关
空调开关
制动踏板信号
巡航开关
充电开关

图1输入量示意图
1.2传感器选取
汽车传感器是汽车电子控制系统核心部件，是汽车电子控制系统信息重要来源，它重要功能是运用安装在汽车各部位信号转换装置，测量或检测汽车在各种运营状态下有关机件工作参数，并将它们转换成单片机能接受电信号后送给ECU，ECU依照这些信息进行运算解决， 进而发出指令对执行元件进行实时控制。
为了实现纯电动客车信号实时监测，本文将用到如下传感器：车速传感器、电机转速传感器、电池温度传感器、加速踏板开度传感器、制动踏板开度传感器，以及开关量如：钥匙开关、充电开关、空调开关、档位开关、巡航开关。
2．信号监测硬件设计
硬件芯片选型由信号采集所需要芯片功能来拟定。依照对电动客车信号分析并考虑成本以及安全性能等因素，通过比较和分析，最后采用了上海朗译科技公司LY-51S单片机开发板作为信号监测硬件设备。在LY-51S单片机开发板上，本课题使用到芯片有微控芯片STC89C52RC、数据锁存芯片74HC573、数码管LG3641、模数转换芯片PCF8591及独立按键。
2.1微控芯片STC89C52RC
STC89C52RC系列单片机是宏晶科技推出新一代超强抗干扰/高速/低功耗单片机，指令代码完全兼容老式8051单片机，STC89C52RC/RD+系列单片机特点[4]：
1）增强型6时钟/机器周期
2）工作电压：5.5V-3.4V(5V单片机)
3)工作频率范畴：0-40MHz,相称于普通80510-80MHz。实际工作频率可达48 MHz。
4)顾客应用程序空间8K字节
5)片上集成512字节RAM
6)通用I/O口（32个），复位后：P0/P1/P2/P3是是准双向口/弱上拉（普通8051老式I/O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7)工作温度范畴：0℃-70℃
8)封装：PDIP-40
2.2 数据显示电路
数据显示电路硬件芯片涉及数据锁存芯片74HC573、数码管LG3641。20管脚74HC573芯片是八进制 3 态非反转透明锁存器，也是高性能硅门 CMOS 器件，SL74HC573 跟 LS/AL573 管脚同样。器件输入和原则 CMOS输出兼容，加上上拉电阻，它们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端LE为高时，这些器件锁存对于数据是透明（也就是说输出同步）。当锁存使能端变低时，符合建立时间和保持时间数据会被锁存。数码管LG3641为8个共阴极数码管，高电平有效。电路连接如图2所示。

图2显示电路硬件连接
2.3 数据采集电路
数据采集电路芯片是模数转换芯片PCF8591，PCF8591是一款单电源（2.56 V）、低功耗8位CMOS型A/D、D/A转换芯片，它具备4路8位A/D输入通道，属于逐次比较型；内含采样保持电路，1路8位 D/A 输出，内具有 DAC数据寄存器 ；A/D 、D/A 最大转换速率约为 11 kHz，但是转换基准电源需由外部提供。其电路连接如图3所示。

图3数据采集电路硬件连接
2.4 独立按键
文中用独立按键模仿纯电动客车信号监测中开关量，依照纯电动客车工作特点，所需采集开关量信号有：档位开关、钥匙开关、空调开关、充电开关、巡航批示开关。硬件电路连接[4]如图4所示。
把相应端口赋值为高电平时，即“1”；若按键按下，则端口被拉低至低电平，即“0”，故通过检测该端口电平即可判断按键与否按下。

图4 按键电路连接

3.信号检测软件设计
3.1 主程序
程序开始后先进行变量定义，给所需变量一种地址来存储数据，接着调用数据采集子程序，最后调用显示子程序，显示成果，并判断键K1与否按下，若按下switch则取反后调用按键子程序，进而返回主程序；若未按下则直接调用按键子程序，再返回主程序。流程图如图5所示。
开始
定义变量
N
Y
调用显示子程序
P3.0与否按下
Switch取反
调用按键子程序
调用数据采集子程序

图5主程序流程图

3.2 信号采集子程序
PCF8591是一种具备I2C总线接口A/D转换芯片。在与CPU信息传播过程中仅靠时钟线（SCL）和数据线（SDA）就可以实现。在I2C总线通信过程中，通信双方之间所传播信息种类如下：
主机向模数转换芯片PCF8591发送信息种类有：启动信号、停止信号、7位地址码、读／写控制位、10位地址码、数据字节、重启动信号、应答信号、时钟脉冲。
模数转换芯片PCF8591向主机发送信息种类有：应答信号、数据字节、时钟低电平。整个A/D转换时序图[4]如图6所示。

图6 A/D转换时序图
由模数转换芯片PCF8591I2C总线时序图可知，信号采集子程序涉及：总线启动子程序、总线停止子程序、非应答子程序、应答子程序、写数据子程序、数据读取子程序。
程序开始时先调用总线启动子程序来启动I2C总线，随后主机便发送地址字节（最后一位为写），然后芯片PCF8591进行应答位检测，若应答程序则继续向下执行，若不应答程序则等待。程序应答后，主机发送控制字节，芯片PCF8591写入数据，主机进行应答位检测，若应答程序则继续向下执行，若不应答程序则等待。程序应答后便调用读数据子程序，读完数据（A/D转换）后，主机发送非应答信号，接着调用总线停止子程序来停止I2C总线，最后返回主程序。其流程图如图7所示。
N
N
N
Y
Y
Y
调用开始子程序
发送地址字节（写）
等待
与否应答
发送控制字节，写入数据
与否应答
调用开始子程序
与否应答
调用读字节子程序
非应答检测
调用停止子程序
返回

图7数据采集流程图
3.3信号显示子程序
当位锁存器使能端为高电平时，位锁存器开始工作，此时将位码送入锁存器U3中，当为低电平时位锁存器实现锁存功能，即位码依然锁存在锁存器U3中。当段锁存器使能端为高电平时，段锁存器开始工作，此时将段码送入锁存器U2中，当为低电平时段锁存器实现锁存功能，即段码锁存在锁存器U3中。随后8位共阴极数码管便显示相应数据，从而实现显示功能。其流程图如图8所示。

将转换后数据放入寄存器A中
将百位存入C_BIT
将十位存入B_BIT
将个位存入A_BIT
指定查表地址
送出位代码（#0FBH）
位锁工作
取个位数
查表
送个位段码
段锁工作，显示个位
调用延时子程序
送出位代码（#0FDH）

查表
取十位数
位锁工作
送出十位段码
段锁工作，显示十位
调用延时子程序
送出位代码（#0FEH）
位锁工作
取百位数
查表
送出百位段码
段锁工作，显示百位
返回
调用延时子程序

图8显示子程序
3.4 按键子程序
若switch为0时送出位代码#07FH，即右边第一种数码管工作，这时让位锁存器工作，将位码存在锁存器中。然后送出段码#03FH（显示0），再使段锁存器工作，也就是说当switch=0时，右边第一种数码管显示0;若switch为1时送出位代码#07FH，即右边第一种数码管工作，这时让位锁存器工作，将位码存在锁存器中。然后送出段码#06FH（显示1），再使段锁存器工作，也就是说当switch=1时，右边第一种数码管显示1。
开始执行程序时switch=0，此时数码管显示0；当按下按键时，switch取反，即switch=1此时数码管便显示1。流程图如图9所示。
N
Y
switch与否为0

送出位代码（#07FH）
位锁工作
送出位段码（#03FH）
段锁工作
返回主程序
送出位代码（#07FH）
位锁工作
送出位段码（#06FH）
段锁工作
返回主程序

图9按键子程序
3.5 实验仿真
本实验采用51系列单片机STC89C52RC芯片作为微解决器，设计了信号采集系统硬件电路。并将硬件电路用杜邦线、跳帽连接。
采用模数转换芯片PCF8591设计了相应模仿信号采集电路。用可变电阻W4模仿车速传感器、电机转速传感器、电池温度传感器、加速踏板开度传感器和制动踏板开度传感器，给出模仿量信号采集电路。采用独立按键K1模仿钥匙开关、充电开关、空调开关、档位开关、巡航开关，给出开关量信号采集电路。采用LED数码管LG3641芯片及74HC573芯片设计了信号显示电路，对所采集模仿及开关信号进行显示，实时监测纯电动客车工作参数。
最后将程序烧进单片机，打开单片机开关，观测仿真成果与否符合规定，若不符合则继续调试程序，直到达到所规定仿真成果。仿真成果如图10所示。

图10仿真成果
参照文献
[1]姜海斌.纯电动车整车控制方略及控制器研究:[研究生研究生论文].上海交通大学，,5-59
[2]Rao Ming，Yang Haibin,Yang heming. intergrated intelligent system architecture for incidents monitoring and diagnosis.[J].[Computer in Industry].1998(37):143-151
[3]Thomas B.Sheridan,,”Telerobotics，Automation,and Human Supervisory Control.”The MIT Press,USA,1992
[4]LY-51S开发板阐明书.上海朗译科技有限公司,8-250
第一作者姓名 李红
性别 女
单位全称 山东理工大学交通与车辆工程学院交通运送0701班
出生年 1989年11月28日
职称 无
学位 学士
研究方向 汽车电子技术
通讯地址 山东理工大学交通与车辆工程学院交通运送0701班
邮编 255049
联系人姓名 李红
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