基于CAN 總線電動汽車數據采集系統研究

馮麗沙

（河北工業職業技術學院汽車工程系，河北 石家莊 050091）

目前，電動汽車的發展正處于研究階段，技術尚未成熟。車載數據信息的采集是一切研究工作的關鍵，只有獲取較為精確的系統相關參數數據，才能準確評估系統的運行狀況，對系統設計方案不斷優化，才能盡可能地避免出現故障。

CAN(Control Area Network,控制器局域網)總線是一種多主總線，采用通信數據塊進行編碼，網絡內的節點數在理論上不受限制，具有較強的糾錯能力，支持差分收發，傳輸距離遠，抗干擾性強，是國際上應用最廣泛的現場總線之一，被認為是電動汽車最佳通訊結構。為此，基于CAN 總線的電動汽車數據采集系統研究尤為重要。

1 系統硬件設計

本數據采集系統主要由上位機和下位機組成，上位機采用普通的PC 機，下位機選用TI 公司的TMS320F28335 型數字信號處理器，整個數據采集系統主要包括主控模塊、存儲模塊、信號處理模塊和通信模塊四部分。系統硬件設計如圖1 所示。

圖1 數據采集系統硬件設計

1.1 TMS320F28335 簡介

TMS320F28335 型數字信號處理器具有150 MHz 的高速處理能力，具備32 位浮點處理單元，12 位A/D 精度，18 個PWM 口，成本低，功耗小，性能高，數據以及程序存儲量大；片上外設集成度高，包括 EPWM 模塊（電機控制接口）、串行外設接口SPI、串行通信接口SCI 模塊和增強型CAN 模塊等，能夠滿足系統需求。

一個完整的DSP 硬件系統設計主要包括控制芯片F28335 最小系統設計及外圍電路設計，以保證芯片能夠正常穩定的工作。F28335 最小系統設計主要包括電源電路、時鐘電路、復位電路和JTAG 模塊等，外圍電路包括ADC 模擬輸入通道的調理電路、CAN 通信電路等。以下僅給出了電源電路、JTAG 接口電路和信號調理電路的設計。

1.2 電源電路

F28335 處理器的內核供電電壓為1.9V，接口電壓為3.3V，而外設電壓一般為5V，需要將3.3V 轉換成5V，因此需要設計電壓轉換電路。本設計選用500mA 的線性穩壓器LP8345CDT-3.3 進行降壓，并經過肖特基二極管MBR0520LT1進行整流，同時，需要一些電容進行濾波和去耦，以改善芯片供電情況。

1.3 JTAG 接口電路

F28335 芯片內部集成了標準的JTAG 接口，將F28335的JTAG 接口和仿真器相連，芯片通過仿真器和PC 上集成開發環境的調試工具連接，來實現開發軟件對系統的調試，因此需要設計JTAG 接口電路。

1.4 信號調理電路

F28335 的ADC 模塊可處理的電壓范圍為0 ～3V，但在實際應用中，帶測量的電壓范圍常常跳躍很大，此時如果將待測電壓直接接到ADC 輸入口上將損壞ADC 采樣模塊；另外，待測電壓通常夾雜著高頻噪聲信號，為防止尖峰電壓損壞ADC 模塊，同時為得到更為純凈的輸入信號，需要對信號進行濾波和放大處理。

2 系統軟件設計

本系統的軟件開發環境采用TI 公司推出的代碼編譯器CCS。本系統利用C++語言進行軟件程序的開發。

軟件程序主要包括主程序和中斷服務程序。主程序流程圖如圖2 所示。

圖2 主程序流程圖

2.1 ADC 模塊設計

ADC 具有16 個通道，可以配置成供ePWM 模塊使用的兩個獨立的8 通道轉換單元，模擬電壓輸入范圍為0 ～3V，具有雙采樣保持器的12 位轉換內核，轉換時鐘為12.5MHz，采樣速度為6.25MSPS。

ADC 模塊設計主要包括A/D 轉換、中斷處理、SCI 串口發送三部分，用來采集電壓信號。模擬電壓的轉換值計算公式如下：

（1）輸入電壓在0 ～3V之間時，轉換結果=4095×（輸入電壓-ADCLO）/3；

（2）輸入電壓大于等于3V 時，轉換結果=4095。

2.2 eQEP 模塊設計

eQEP 模塊與編碼器配合使用可以獲取高精度的電機位置、方向和轉速信息。eQEP 模塊支持兩種測速方法：M 法和T 法。在低速模式下，利用T 法可以獲得更高的測量精度，即系統首先產生一個高頻時鐘脈沖，通過記錄兩個正交脈沖間的高頻時鐘個數，得出所需的時間，從而計算出轉速。

本模塊包括eQEP.h、eQEP.c 和aMain.c 3 個應用文件。eQEP.h 用來對變量進行定義，用來對初始化程序及測速程序進行定義，eQEP.c 用來對以上兩文件函數進行調用，aMain.c 完成速度測量。

2.3 eCAN 模塊設計

eCAN 模塊是完整的CAN 控制器，具有32 個可配置為接收或者發送的郵箱，支持0-8 位數據。eCAN 模塊的配置必須在EALLOW 被啟用時完成，主要包括項目頭文件DSP28x_Project.h、定義傳輸時間、main 主程序等。主程序主要包括定義CAN 控制寄存器的映射寄存器、配置被測試的郵箱為發送郵箱、使能被測試的郵箱、寫入郵箱和數據傳輸等。

3 試驗

本試驗在北汽EV160 純電動汽車上進行電壓信號和轉速信號的采集。在CCS 開發環境下分別運行電壓信號采集程序和轉速信號采集程序。采集到的電壓信號波形圖如圖3 所示，采集到的轉速信號如圖4 所示。

圖3 電壓信號波形圖

圖4 轉速信號波形圖

4 結語

本文采用TMS320F28335 型數字信號處理器開發出一套基于CAN 總線的電動汽車數據采集系統，能夠完成對電壓、轉速等信號的采集工作，并在北汽EV160 純電動汽車上進行了實驗，驗證了系統的穩定性，為今后電動汽車的研究奠定了基礎。