1、 . . . 純電動客車狀態參數監測系統紅，邵金菊理工大學 交通與車輛工程學院， 255049摘要：純電動客車的信號采集系統，可實時監測車輛工作狀態，為整車控制策略研究和故障診斷打下基礎。針對純電動客車信號監測問題，提出了一種信號監測方案。實驗仿真結果表明：信號監測方案的芯片選型與硬件電路連接正確，且可用匯編語言在LY-51S開發板上仿真，以證明信號采集系統軟硬件的可行性。關鍵詞：純電動客車，單片機，信號監測，KeilC51軟件仿真中圖分類號：TP23 TK05文獻標識碼： TThe electric vehicle condition，s monitoring systemLihong Sh

2、ao jin ju The university of technology and science，Zibo，255049，ChinaAbstract:Electric vehicle signal acquisition systems can monitorvehicle 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 monit

3、oring 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 s

4、oftware simulation字典收稿日期：2011-6-24基金項目：基金項目類別(項目編號)作者簡介：第一作者 紅（1989.11.28）， 性別 女， 職稱 無， 學位 學士，E-mail:lihong9012163. ；通訊 紅， 性別 女. E-mail: lihong9012163.隨著汽車保有量急劇升高，能源和環境問題日益突出。汽車的節能減排問題備受關注，而純電動客車的研究發展則是當今汽車工業藉以解決能源、環保問題的重要途徑1。純電動客車的信號檢測系統，可實時監測車輛工作狀態，在出現故障時進行提示報警，為整車控制策略研究和故障診斷打下基礎。目前，國際上發達國家在信號檢測方面

5、已經取得了輝煌的成就，并已廣泛的應用于挖掘機等工程車輛上2、3。但是，我國在車輛監控領域中的研究開展的比較晚，實際上還處于起步階段。而近年來出現的以單片機為核心的監測和診斷系統具有功能強、靈活性好、操作方便等優點。因此開發一種以單片機為核心的系統，實現對車輛工作運行參數的實時監測，迅速、準確、可靠、客觀地評價其技術狀況，具有十分重要的現實意義2、3。1.純電動客車狀態監測系統的設計方案1.1整體方案純電動客車的信號采集系統，可實時監測車輛工作狀態，在出現故障時進行提示報警，為整車控制策略研究和故障診斷打下基礎。本文需要采集的信號有：模擬量信號、開關量信號。其中模擬量包括：加速踏板開度、制動踏板

6、開度、電池電壓、電池溫度、車速、電機轉速；開關量信號包括：檔位開關、鑰匙開關、空調開關、充電開關、巡航指示開關，通過對這些參數進行數據處理和分析，可獲得電動汽車的動態運行工況和動態運行參數，如車速、加速度、減速度、電機轉速與檔位等。如圖1所示。ECU加速踏板信號車速電機轉速電池溫度檔位開關鑰匙開關空調開關制動踏板信號巡航開關充電開關圖1輸入量示意圖1.2傳感器的選擇汽車傳感器是汽車電子控制系統的關鍵部件，是汽車電子控制系統信息的主要來源，它的主要功能是利用安裝在汽車各部位的信號轉換裝置，測量或檢測汽車在各種運行狀態下相關機件的工作參數，并將它們轉換成單片機能接受的電信號后送給ECU，ECU根據

7、這些信息進行運算處理，進而發出指令對執行元件進行實時的控制。為了實現純電動客車信號的實時監測，本文將用到以下傳感器：車速傳感器、電機轉速傳感器、電池溫度傳感器、加速踏板開度傳感器、制動踏板開度傳感器，以與開關量如：鑰匙開關、充電開關、空調開關、檔位開關、巡航開關。2信號監測硬件設計硬件芯片的選型由信號采集所需要的芯片功能來確定。根據對電動客車信號分析并考慮成本以與安全性能等因素，經過比較和分析，最終采用了朗譯科技公司LY-51S單片機開發板作為信號監測的硬件設備。在LY-51S單片機開發板上，本課題使用到的芯片有微控芯片STC89C52RC、數據鎖存芯片74HC573、數碼管LG3641、模數

8、轉換芯片PCF8591與獨立按鍵。2.1微控芯片STC89C52RCSTC89C52RC系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051單片機，STC89C52RC/RD+系列單片機的特點4：1）增強型6時鐘/機器周期2）工作電壓：5.5V-3.4V(5V單片機)3)工作頻率圍：0-40MHz,相當于普通8051的0-80MHz。實際工作頻率可達48 MHz。4)用戶應用程序空間8K字節5)片上集成512字節RAM6)通用I/O口（32個），復位后：P0/P1/P2/P3是是準雙向口/弱上拉（普通8051傳統I/O口），P0口是開漏輸出，作為總線

9、擴展時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7)工作溫度圍：0-708)封裝：PDIP-402.2 數據顯示電路數據顯示電路硬件芯片包括數據鎖存芯片74HC573、數碼管LG3641。20管腳的74HC573芯片是八進制 3 態非反轉透明鎖存器，也是高性能硅門 CMOS 器件，SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。器件的輸入和標準 CMOS輸出兼容，加上上拉電阻，它們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能端變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。數碼管LG3641為8個共陰極數

10、碼管，高電平有效。電路連接如圖2所示。圖2顯示電路硬件連接2.3 數據采集電路數據采集電路的芯片是模數轉換芯片PCF8591，PCF8591是一款單電源（2.56 V）、低功耗8位CMOS型A/D、D/A轉換芯片，它具有4路8位A/D輸入通道，屬于逐次比較型；含采樣保持電路，1路8位 D/A 輸出，含有 DAC的數據寄存器 ；A/D 、D/A 的最大轉換速率約為 11 kHz，但是轉換的基準電源需由外部提供。其電路連接如圖3所示。圖3數據采集電路硬件連接2.4 獨立按鍵文中用獨立按鍵模擬純電動客車信號監測中的開關量，根據純電動客車工作特點，所需采集的開關量信號有：檔位開關、鑰匙開關、空調開關、

11、充電開關、巡航指示開關。硬件電路連接4如圖4所示。把對應的端口賦值為高電平時，即“1”；若按鍵按下，則端口被拉低至低電平，即“0”，故通過檢測該端口的電平即可判斷按鍵是否按下。圖4按鍵電路連接3.信號檢測軟件設計3.1 主程序程序開始后先進行變量定義，給所需變量一個地址來存放數據，接著調用數據采集子程序，最后調用顯示子程序，顯示結果，并判斷鍵K1是否按下，若按下switch則取反后調用按鍵子程序，進而返回主程序；若未按下則直接調用按鍵子程序，再返回主程序。流程圖如圖5所示。開始定義變量NY調用顯示子程序P3.0是否按下Switch取反調用按鍵子程序調用數據采集子程序圖5主程序流程圖3.2 信號

12、采集子程序PCF8591是一種具有I2C總線接口的A/D轉換芯片。在與CPU的信息傳輸過程中僅靠時鐘線（SCL）和數據線（SDA）就可以實現。在I2C總線通信過程中，通信雙方之間所傳輸的信息種類如下：主機向模數轉換芯片PCF8591發送的信息種類有：啟動信號、停止信號、7位地址碼、讀寫控制位、10位地址碼、數據字節、重啟動信號、應答信號、時鐘脈沖。模數轉換芯片PCF8591向主機發送的信息種類有：應答信號、數據字節、時鐘低電平。整個A/D轉換的時序圖4如圖6所示。圖6 A/D轉換時序圖由模數轉換芯片PCF8591的I2C總線時序圖可知，信號采集子程序包括：總線啟動子程序、總線停止子程序、非應答

13、子程序、應答子程序、寫數據子程序、數據讀取子程序。程序開始時先調用總線啟動子程序來啟動I2C總線，隨即主機便發送地址字節（最后一位為寫），然后芯片PCF8591進行應答位檢測，若應答程序則繼續向下執行，若不應答程序則等待。程序應答后，主機發送控制字節，芯片PCF8591寫入數據，主機進行應答位檢測，若應答程序則繼續向下執行，若不應答程序則等待。程序應答后便調用讀數據子程序，讀完數據（A/D轉換）后，主機發送非應答信號，接著調用總線停止子程序來停止I2C總線，最后返回主程序。其流程圖如圖7所示。NNNYYY調用開始子程序發送地址字節（寫）等待是否應答發送控制字節，寫入數據是否應答調用開始子程序是

14、否應答調用讀字節子程序非應答檢測調用停止子程序返回圖7數據采集流程圖3.3信號顯示子程序當位鎖存器使能端為高電平時，位鎖存器開始工作，此時將位碼送入鎖存器U3中，當為低電平時位鎖存器實現鎖存功能，即位碼仍然鎖存在鎖存器U3中。當段鎖存器使能端為高電平時，段鎖存器開始工作，此時將段碼送入鎖存器U2中，當為低電平時段鎖存器實現鎖存功能，即段碼鎖存在鎖存器U3中。隨即8位共陰極數碼管便顯示相應數據，從而實現顯示功能。其流程圖如圖8所示。將轉換后的數據放入寄存器A中將百位存入C_BIT將十位存入B_BIT將個位存入A_BIT指定查表地址送出位代碼（#0FBH）位鎖工作取個位數查表送個位段碼段鎖工作，顯

15、示個位調用延時子程序送出位代碼（#0FDH）查表取十位數位鎖工作送出十位段碼段鎖工作，顯示十位 調用延時子程序送出位代碼（#0FEH）位鎖工作取百位數查表送出百位段碼段鎖工作，顯示百位 返回調用延時子程序圖8顯示子程序3.4 按鍵子程序若switch為0時送出位代碼#07FH，即右邊第一個數碼管工作，這時讓位鎖存器工作，將位碼存在鎖存器中。然后送出段碼#03FH（顯示0），再使段鎖存器工作，也就是說當switch=0時，右邊第一個數碼管顯示0;若switch為1時送出位代碼#07FH，即右邊第一個數碼管工作，這時讓位鎖存器工作，將位碼存在鎖存器中。然后送出段碼#06FH（顯示1），再使段鎖存器

16、工作，也就是說當switch=1時，右邊第一個數碼管顯示1。開始執行程序時switch=0，此時數碼管顯示0；當按下按鍵時，switch取反，即switch=1此時數碼管便顯示1。流程圖如圖9所示。NYswitch是否為0送出位代碼（#07FH）位鎖工作送出位段碼（#03FH）段鎖工作返回主程序送出位代碼（#07FH）位鎖工作送出位段碼（#06FH）段鎖工作返回主程序圖9按鍵子程序3.5 實驗仿真本實驗采用51系列單片機STC89C52RC芯片作為微處理器，設計了信號采集系統的硬件電路。并將硬件電路用杜邦線、跳帽連接。采用模數轉換芯片PCF8591設計了相應的模擬信號采集電路。用可變電阻W4模

17、擬車速傳感器、電機轉速傳感器、電池溫度傳感器、加速踏板開度傳感器和制動踏板開度傳感器，給出模擬量信號的采集電路。采用獨立按鍵K1模擬鑰匙開關、充電開關、空調開關、檔位開關、巡航開關，給出開關量信號的采集電路。采用LED數碼管LG3641芯片與74HC573芯片設計了信號顯示電路，對所采集的模擬與開關信號進行顯示，實時監測純電動客車的工作參數。最后將程序燒進單片機，打開單片機開關，觀察仿真結果是否符合要求，若不符合則繼續調試程序，直到達到所要求的仿真結果。仿真結果如圖10所示。圖10仿真結果參考文獻1海斌.純電動車整車控制策略與控制器的研究:碩士研究生論文.交通大學，2010,5-592Rao Ming,Yang Haibin,Yang ergrated intelligent system architecture for incidents monitoring and diagnosis.J.Computer in Industry.1998(37