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基于TMS320TCI6612/14的小型蜂窝基站实现高性能设计解析
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2017-10-27
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电动汽车中的电控单元多、内部空间小、环境干扰大，对控制系统、通信系统提出了更高的要求。CAN 以其良好的运行特性，极高的可靠性和独特的设计，特别适合电动汽车各电子控制单元之间的通信。为了更好地在实验室进行研究，建立了一个功能比较完善的试验测试平台，能够对CAN 总线系统及其网络协议进行研究。首先，基于DSP 的开发设计了电机控制器节点的通信程序。其次，深入了解CAN 总线在电动汽车中的应用需求，设计了CAN总线的应用层协议。最后，为检验设计协议的可行性，利用VB6.0 开发了电动汽车的监控系统，并为监控数据建立了数据库，方便管理数据。
2 电机控制器节点的设计
针对电动汽车电机控制器的特点，选用TI 公司的TMS320LF2407 芯片作为电机控制器的处理器。采用模块化的设计思想，编写了电机控制器节点的通信程序，可方便移植到基于DSP 的电机控制器或其他控制单元中。在电动汽车的CAN 总线系统中，电机控制器的实时性要求高，属于高速节点，波特率设为1 兆波特。电机控制器节点主要是接收总线上传来的电机工作模式、SOC、车速、加速踏板位置和制动踏板位置等控制信息，同时发送电机的工作温度、电机故障、工作状态等实时信息。本文中利用DSP2407的邮箱2 作为接收邮箱，邮箱5 作为发送邮箱，20 毫秒定时发送一次。
3 电动汽车监控系统设计
在实验室模拟电动汽车CAN 总线系统，以PC 机（带USB-CAN 模块）作为电动汽车的总控制器。利用CAN-bus 通用测试软件的运行机制和工作原理，设计了基于PC 机的电动汽车CAN 总线技术的监控系统。
3.1 监控系统概述
监控系统通过控制台（带USB-CAN 模块的PC 机）对电机控制器、电池控制器以及离合控制器进行监控。运行主界面如图1 所示。能根据需要在CAN 总线中收发参数，实现对总线各节点的监视和控制。例如，电机参数，包括SOC、车速、故障等级、工作模式、故障代码、工作温度等。监控系统还可根据系统扩展需要，提供创建节点的功能。另外，还提供数据管理功能。在监控系统执行过程中，采集到的数据会被记录到Microsoft Access 数据库中，可以用表格形式实时显视，还可以通过输出按钮由软件Excel 打开。
3.2 监控系统通信协议
在CAN 协议中只定义了数据链路层和物理层两层协议，缺乏对信息处理的规范，而一个完整的网络系统中离不开人机交互的应用进程，所以必须由用户定义应用层协议。根据电动汽车运行的特点，设计了监控系统的通信协议。大体上将电动汽车上各电子控制单元（ECU）分为高速和低速节点两大类。其中高速节点包括电机控制器、发动机控制器、电池控制器、ABS/ASR控制单元和能量管理单元等，在它们的ID 码设置较高的优先级。低速节点包括空调系统、仪表显示系统、车灯系统等。表1 给出了电动汽车各节点之间接收及发送的信号类型。根据电动汽车各节点之间接收及发送的数据，对各节点之间需要交换的信息的类型，所包含的参数以及表示方法有具体的说明。例如在电机控制器节点发送的8 个字节分别定义为：电机转速（双字节）、电机转矩（双字节）、工作温度（单字节）、错误等级及代码（单字节）、工作模式（单字节）还有一个字节作为备用。表1 电动汽车各节点之间接收及发送的数据明。例如在电机控制器节点发送的8 个字节分别定义为：电机转速（双字节）、电机转矩（双字节）、工作温度（单字节）、错误等级及代码（单字节）、工作模式（单字节）还有一个字节作为备用。
2 电机控制器节点的设计
针对电动汽车电机控制器的特点，选用TI 公司的TMS320LF2407 芯片作为电机控制器的处理器。采用模块化的设计思想，编写了电机控制器节点的通信程序，可方便移植到基于DSP 的电机控制器或其他控制单元中。在电动汽车的CAN 总线系统中，电机控制器的实时性要求高，属于高速节点，波特率设为1 兆波特。电机控制器节点主要是接收总线上传来的电机工作模式、SOC、车速、加速踏板位置和制动踏板位置等控制信息，同时发送电机的工作温度、电机故障、工作状态等实时信息。本文中利用DSP2407的邮箱2 作为接收邮箱，邮箱5 作为发送邮箱，20 毫秒定时发送一次。
3 电动汽车监控系统设计
在实验室模拟电动汽车CAN 总线系统，以PC 机（带USB-CAN 模块）作为电动汽车的总控制器。利用CAN-bus 通用测试软件的运行机制和工作原理，设计了基于PC 机的电动汽车CAN 总线技术的监控系统。
3.1 监控系统概述
监控系统通过控制台（带USB-CAN 模块的PC 机）对电机控制器、电池控制器以及离合控制器进行监控。运行主界面如图1 所示。能根据需要在CAN 总线中收发参数，实现对总线各节点的监视和控制。例如，电机参数，包括SOC、车速、故障等级、工作模式、故障代码、工作温度等。监控系统还可根据系统扩展需要，提供创建节点的功能。另外，还提供数据管理功能。在监控系统执行过程中，采集到的数据会被记录到Microsoft Access 数据库中，可以用表格形式实时显视，还可以通过输出按钮由软件Excel 打开。
3.2 监控系统通信协议
在CAN 协议中只定义了数据链路层和物理层两层协议，缺乏对信息处理的规范，而一个完整的网络系统中离不开人机交互的应用进程，所以必须由用户定义应用层协议。根据电动汽车运行的特点，设计了监控系统的通信协议。大体上将电动汽车上各电子控制单元（ECU）分为高速和低速节点两大类。其中高速节点包括电机控制器、发动机控制器、电池控制器、ABS/ASR控制单元和能量管理单元等，在它们的ID 码设置较高的优先级。低速节点包括空调系统、仪表显示系统、车灯系统等。表1 给出了电动汽车各节点之间接收及发送的信号类型。根据电动汽车各节点之间接收及发送的数据，对各节点之间需要交换的信息的类型，所包含的参数以及表示方法有具体的说明。例如在电机控制器节点发送的8 个字节分别定义为：电机转速（双字节）、电机转矩（双字节）、工作温度（单字节）、错误等级及代码（单字节）、工作模式（单字节）还有一个字节作为备用。表1 电动汽车各节点之间接收及发送的数据明。例如在电机控制器节点发送的8 个字节分别定义为：电机转速（双字节）、电机转矩（双字节）、工作温度（单字节）、错误等级及代码（单字节）、工作模式（单字节）还有一个字节作为备用。
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