基于CAN總線的電動汽車實(shí)驗平臺
1 概述
控制器局域網(wǎng)CAN(Controller Area Network)是國際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一, 20世紀(jì)80年代末由德國Bosch公司最先提出,應(yīng)用于汽車工業(yè)中。CAN總線由于具有抗干擾性強(qiáng)和使用可靠等優(yōu)點(diǎn),目前己被廣泛運(yùn)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動化領(lǐng)域。
2 CAN總線在電動汽車上的應(yīng)用
由于電動汽車的很多部分都由獨(dú)立的電子控制器進(jìn)行控制,為了將整個電動汽車內(nèi)各系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作,利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞是一個必然的趨勢。
3 實(shí)驗平臺組成及其功能
電動汽車實(shí)驗平臺由主電機(jī)驅(qū)動試驗臺。一體化電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)(MC)、電氣安全系統(tǒng)(ECS)和電池管理系統(tǒng)(BMS)將各自系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)通過CAN 總線傳遞到數(shù)據(jù)顯示操控板(DDB),DDB將數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行顯示。我們通過DDB可以了解各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。數(shù)據(jù)顯示操控板由數(shù)據(jù)顯示部分、電機(jī)油門和擋位控制部分以及電氣安全模擬試驗裝置三部分組成。
電機(jī)油門和擋位控制部分由一個旋鈕變阻器和一個換擋器組成,通過操作換檔器可以控制電機(jī)的起停、旋轉(zhuǎn)方向和電機(jī)能夠輸出的最大功率;而通過旋轉(zhuǎn)旋鈕變阻器可以控制電機(jī)的輸出功率。
電氣安全模擬試驗裝置可以通過調(diào)整正/負(fù)母線絕緣電阻的大小來檢驗在不同絕緣狀態(tài)下電動汽車各主要系統(tǒng)運(yùn)行是否可靠。
數(shù)據(jù)顯示操控板由三個CAN節(jié)點(diǎn)組成,它們將CAN傳送的數(shù)據(jù)處理后送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。三個節(jié)點(diǎn)分別接收MC、BMS和ECS傳上來的數(shù)據(jù),然后根據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最后顯示各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),同時根據(jù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的操作。這樣在整個實(shí)驗平臺中就有6個CAN節(jié)點(diǎn)接到同一個CAN總線上,如圖1所示。
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4.1 電路設(shè)計
三個顯示節(jié)點(diǎn)的硬件電路在結(jié)構(gòu)上基本一致,只是各個I/O口的使用方式不一樣。如圖2所示,整個電路由4個部分組成,分別是MCU及其外圍電路、CAN收發(fā)器電路、數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動控制電路和外圍控制電路。
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MCU采用的是Freescale公司(原Motorola半導(dǎo)體部)的8位單片機(jī)MC68HC908GZ16。它使用的是Freescale高性能的 CPU08核心,具有16kb Flash和1kb RAM,內(nèi)含一個支持CAN2.0A/B的控制器、8通道10位的AD轉(zhuǎn)換口、一個SPI模塊和2路PWM輸出,部分I/O口的輸出電流可以達(dá)到 20mA,同時支持在線編程調(diào)試。MCU的外圍晶振電路如圖3所示,燒寫電路如圖4所示。
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CAN收發(fā)器選擇的是PHILIPS公司的PCA82C250,光耦選擇的是高速光耦6N317。考慮到避免干擾,在設(shè)計時使用了一個DC/DC隔離電源來將收發(fā)器電源和芯片其他部分電源進(jìn)行隔離,電路如圖5、6所示。
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