汽車電動空調(diào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究
摘要： 本文所設(shè)計開發(fā)的檢測系統(tǒng)主要對電動汽車空調(diào)運行過程中的四個工程物理量進行檢測分析：風(fēng)機的電壓,、電流,，壓縮機端口的高壓,、低壓,。本課題來源于某汽車空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)過程中所需檢測系統(tǒng)的設(shè)計,，主要用于使空調(diào)系統(tǒng)的控制策略的執(zhí)行更加透明化,、直觀化,，為控制策略的優(yōu)化提供數(shù)字依據(jù),；為汽車空調(diào)后續(xù)開發(fā)提供可靠的保證,。
Abstract：
Key words :
</a>汽車空調(diào)" title="汽車空調(diào)">汽車空調(diào)" title="汽車空調(diào)">汽車空調(diào)" title="汽車空調(diào)">汽車空調(diào)作為車內(nèi)溫度小環(huán)境的控制中心,，其作用不言而喻。由于過去的汽車空調(diào)檢測系統(tǒng)" title="檢測系統(tǒng)">檢測系統(tǒng)因為控制策略單調(diào)而沒有使用綜合檢測平臺的必要,，即使有控制過程檢測,，大都使用昂貴的采集設(shè)備如數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集卡，其通信方式也以串行口通信為主,，無法接入整車環(huán)境進行監(jiān)控[1],。針對這一情況，本文所設(shè)計開發(fā)的檢測系統(tǒng)主要對電動汽車空調(diào)運行過程中的四個工程物理量進行檢測分析：風(fēng)機的電壓,、電流,，壓縮機端口的高壓、低壓,。本課題來源于某汽車空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)過程中所需檢測系統(tǒng)的設(shè)計,，主要用于使空調(diào)系統(tǒng)的控制策略的執(zhí)行更加透明化、直觀化,，為控制策略的優(yōu)化提供數(shù)字依據(jù),；為汽車空調(diào)后續(xù)開發(fā)提供可靠的保證。
2 采集系統(tǒng)設(shè)計
2.1 總體設(shè)計
如圖1所示,，在該系統(tǒng)中,，DSP部分的軟件設(shè)計主要完成以下工作：數(shù)據(jù)采集周期的設(shè)定、AD轉(zhuǎn)換,、數(shù)據(jù)校正及濾波等,。并可以接收上位機通過CAN總線發(fā)來的采集開始指令打開采集或關(guān)閉采集功能,，在采集開始后按照要求對四路信號進行采樣及軟件校正,，校正完成后將采集結(jié)果保存在CAN郵箱內(nèi)，通過CAN控制模塊進行發(fā)送,。在本系統(tǒng)中,，電壓,、電流采集周期為50ms，高,、低壓采樣周期為200ms,。
2.2 硬件部分
以TI公司的TMS320F2812為該四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。該款DSP芯片是TI公司2000系列中的一員,，最高主頻可達到150MHz,，具有強大的數(shù)字信號處理能力[2]。片內(nèi)集成的12位AD轉(zhuǎn)換器共有16個通道,，轉(zhuǎn)換速率在可達到12.5MSPS(ADC時鐘為25MHz時),，在采集速度及精度上均能達到本系統(tǒng)的設(shè)計要求。而且該AD模塊可采用多種方式觸發(fā)能夠滿足不同的任務(wù)需要,。輸入2812AD端的模擬信號由傳感器采集變換得到,。本系統(tǒng)所用傳感器輸出信號為4～20mA的電流環(huán)信號，而AD模擬輸入范圍為0～3V電壓信號,。
CAN是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ControlAreaNetwork）的簡稱,，最早是由德國BOSCH公司推出的，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信,，其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準制定為國際標準[3],。它廣泛的應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)控制,，其信號傳輸介質(zhì)為普通雙絞線,，通信速率最高可達1Mbps。CAN總線具有較強的抗干擾能力,。本系統(tǒng)采用CAN總線的通信方式,，也方便了整車調(diào)試的接入。
2.3 軟件部分設(shè)計
2.3.1 DSP軟件部分
該部分軟件主要包括兩個部分：模擬信號的AD轉(zhuǎn)換和CAN總線通信,。因為TMS320F2812內(nèi)置有12位AD轉(zhuǎn)換器,，因此轉(zhuǎn)換部分可分為AD模塊配置和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；而AD模塊的配置主要包括工作和通道的選擇,。在本系統(tǒng)中,，選用連續(xù)轉(zhuǎn)換方式；需要采集的模擬量共四個,，加上A,、B通道各配置兩個校正輸入端口，所以總共需要占用8個模擬輸入口,。
50ms200ms集周期為,，高、低壓采樣周期為,。部分配置程序如下：…
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=0;//雙排序發(fā)生
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=1;//連續(xù)轉(zhuǎn)換方式
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;//分頻系數(shù)為1
AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0055;//共有12個轉(zhuǎn)換,，采樣值取2次,，標準值1次
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.all=0x1100;//轉(zhuǎn)換序列
CAN總線通信主要包括TMS320F2812中eCAN模塊郵箱的定義和郵箱中斷子程序的設(shè)置[6]。
部分配置程序如下：
ECanaMboxes.MBOX0.MSGID.all=0x003FFFFF;//mail0:00F
ECanaMboxes.MBOX5.MSGID.all=0x0FFFFFFF;//mail5:3FF
//ConfigureMailboxes0-3asTx,4,5asRx
ECanaRegs.CANMD.all=0x00000030;//EnableMailboxes
ECanaRegs.CANME.all=0x0000003F;//Specifythat2bitswillbesent
CAN模塊有兩種中斷形式,，一種是與郵箱有關(guān)的中斷,，另一種是系統(tǒng)中斷，用于處理錯誤或者與系統(tǒng)相關(guān)的中斷源[4],。而本系統(tǒng)中CAN與上位機通信主要是通過郵箱中斷來實現(xiàn),。
CAN郵箱的中斷程序如下：
interruptvoidcan_send(void)
{
if((((int)ECanaRegs.CANGIF1.all)<0)&&(ECanaRegs.CANGIF1.bit.MIV1==4))
{IER|=M_INT1;}if((((int)ECanaRegs.CANGIF1.all)<0)&
(ECanaRegs.CANGIF1.bit.MIV1==5)){IER=M_INT9;
PieCtrlRegs.PIEACK.bit.ACK9=0x1;
}
以高電壓為例來說明本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及發(fā)送的相應(yīng)任務(wù),。
Pre_High=ADCRegs.ADCRESULT6>>4+AdcRegs.ADCRESULT7>>4;Pre_High=Pre_High<<1;//高電壓值Pre_High=Ave_cur*CalGain-CalOffset*CalGain;ECanaMboxes.MBOX2.MDL.word.LOW_WORD=Pre_High;ECanaRegs.CANTRS.all=0x0000000C;
while(ECanaRegs.CANTA.all!=0x0000000C){}ECanaRegs.CANTA.all=0x0000000C;
經(jīng)實際運行證明執(zhí)行結(jié)果達到了設(shè)計需要,，說明該部分程序設(shè)計完全滿足預(yù)期的任務(wù)調(diào)度規(guī)劃，并能與硬件平臺很好的配合工作,。
2 采集系統(tǒng)設(shè)計
2.1 總體設(shè)計
如圖1所示,，在該系統(tǒng)中,，DSP部分的軟件設(shè)計主要完成以下工作：數(shù)據(jù)采集周期的設(shè)定、AD轉(zhuǎn)換,、數(shù)據(jù)校正及濾波等,。并可以接收上位機通過CAN總線發(fā)來的采集開始指令打開采集或關(guān)閉采集功能,，在采集開始后按照要求對四路信號進行采樣及軟件校正,，校正完成后將采集結(jié)果保存在CAN郵箱內(nèi)，通過CAN控制模塊進行發(fā)送,。在本系統(tǒng)中,，電壓,、電流采集周期為50ms，高,、低壓采樣周期為200ms,。
2.2 硬件部分
以TI公司的TMS320F2812為該四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。該款DSP芯片是TI公司2000系列中的一員,，最高主頻可達到150MHz,，具有強大的數(shù)字信號處理能力[2]。片內(nèi)集成的12位AD轉(zhuǎn)換器共有16個通道,，轉(zhuǎn)換速率在可達到12.5MSPS(ADC時鐘為25MHz時),，在采集速度及精度上均能達到本系統(tǒng)的設(shè)計要求。而且該AD模塊可采用多種方式觸發(fā)能夠滿足不同的任務(wù)需要,。輸入2812AD端的模擬信號由傳感器采集變換得到,。本系統(tǒng)所用傳感器輸出信號為4～20mA的電流環(huán)信號，而AD模擬輸入范圍為0～3V電壓信號,。
CAN是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ControlAreaNetwork）的簡稱,，最早是由德國BOSCH公司推出的，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信,，其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準制定為國際標準[3],。它廣泛的應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)控制,，其信號傳輸介質(zhì)為普通雙絞線,，通信速率最高可達1Mbps。CAN總線具有較強的抗干擾能力,。本系統(tǒng)采用CAN總線的通信方式,，也方便了整車調(diào)試的接入。
2.3 軟件部分設(shè)計
2.3.1 DSP軟件部分
該部分軟件主要包括兩個部分：模擬信號的AD轉(zhuǎn)換和CAN總線通信,。因為TMS320F2812內(nèi)置有12位AD轉(zhuǎn)換器,，因此轉(zhuǎn)換部分可分為AD模塊配置和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；而AD模塊的配置主要包括工作和通道的選擇,。在本系統(tǒng)中,，選用連續(xù)轉(zhuǎn)換方式；需要采集的模擬量共四個,，加上A,、B通道各配置兩個校正輸入端口，所以總共需要占用8個模擬輸入口,。
50ms200ms集周期為,，高、低壓采樣周期為,。部分配置程序如下：…
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=0;//雙排序發(fā)生
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=1;//連續(xù)轉(zhuǎn)換方式
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;//分頻系數(shù)為1
AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0055;//共有12個轉(zhuǎn)換,，采樣值取2次,，標準值1次
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.all=0x1100;//轉(zhuǎn)換序列
CAN總線通信主要包括TMS320F2812中eCAN模塊郵箱的定義和郵箱中斷子程序的設(shè)置[6]。
部分配置程序如下：
ECanaMboxes.MBOX0.MSGID.all=0x003FFFFF;//mail0:00F
ECanaMboxes.MBOX5.MSGID.all=0x0FFFFFFF;//mail5:3FF
//ConfigureMailboxes0-3asTx,4,5asRx
ECanaRegs.CANMD.all=0x00000030;//EnableMailboxes
ECanaRegs.CANME.all=0x0000003F;//Specifythat2bitswillbesent
CAN模塊有兩種中斷形式,，一種是與郵箱有關(guān)的中斷,，另一種是系統(tǒng)中斷，用于處理錯誤或者與系統(tǒng)相關(guān)的中斷源[4],。而本系統(tǒng)中CAN與上位機通信主要是通過郵箱中斷來實現(xiàn),。
CAN郵箱的中斷程序如下：
interruptvoidcan_send(void)
{
if((((int)ECanaRegs.CANGIF1.all)<0)&&(ECanaRegs.CANGIF1.bit.MIV1==4))
{IER|=M_INT1;}if((((int)ECanaRegs.CANGIF1.all)<0)&
(ECanaRegs.CANGIF1.bit.MIV1==5)){IER=M_INT9;
PieCtrlRegs.PIEACK.bit.ACK9=0x1;
}
以高電壓為例來說明本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及發(fā)送的相應(yīng)任務(wù),。
Pre_High=ADCRegs.ADCRESULT6>>4+AdcRegs.ADCRESULT7>>4;Pre_High=Pre_High<<1;//高電壓值Pre_High=Ave_cur*CalGain-CalOffset*CalGain;ECanaMboxes.MBOX2.MDL.word.LOW_WORD=Pre_High;ECanaRegs.CANTRS.all=0x0000000C;
while(ECanaRegs.CANTA.all!=0x0000000C){}ECanaRegs.CANTA.all=0x0000000C;
經(jīng)實際運行證明執(zhí)行結(jié)果達到了設(shè)計需要,，說明該部分程序設(shè)計完全滿足預(yù)期的任務(wù)調(diào)度規(guī)劃，并能與硬件平臺很好的配合工作,。
2.3.2 PC機軟件部分
此部分軟件采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù),，關(guān)于CAN232接口卡的硬件操作函數(shù)已經(jīng)封裝在ControlCAN.dll，在VisualC++的工程中添加ControlCAN.lib和ControlCAN.h這兩個庫文件和頭文件,。方便在程序中調(diào)用,。在編譯生成的應(yīng)用程序中設(shè)置好有關(guān)CAN232的相應(yīng)參數(shù)，開始采集過程,。每次將采集到的數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)文件并送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，以實現(xiàn)采集模塊和顯示模塊的數(shù)據(jù)共享。這部分的流程圖如圖2所示：
在此工程中,，使用VC自帶的屬性頁對話框,并設(shè)置相應(yīng)的四個屬性頁,，可以方便的切換及觀察采集的數(shù)據(jù)波形、數(shù)據(jù)統(tǒng)計,、數(shù)據(jù)幀,、以及采集事件的統(tǒng)計。顯示模塊采用了MeasurementStudio的顯示控件(CNiGraph),。MeasurementStudio是NationalInstruments(美國國家儀器公司)專為測試和控制領(lǐng)域開發(fā)的工具軟件,，將強大的數(shù)據(jù)采集分析功能無縫隙的集成到VisualStudio環(huán)境中。MeasurementStudio向用戶提供直觀的測量硬件接口,、高級分析函數(shù),、科學(xué)的用戶界面控件及測量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可大大提高數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的開發(fā)效率[5],。
在本系統(tǒng)中,。數(shù)據(jù)量龐大，針對此情況,，建立了Access數(shù)據(jù)庫文件,。Access是一個適應(yīng)于普通場合的、典型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，根據(jù)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計原理及本文的需求,，對數(shù)據(jù)庫的操作轉(zhuǎn)化為對于相應(yīng)記錄集的操作，實現(xiàn)語言采用了SQL語言實現(xiàn),。圖3為空調(diào)壓縮機的四路數(shù)據(jù)的波形圖圖4為此四路數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)值的統(tǒng)計圖
3 結(jié)束語
本采集系統(tǒng)經(jīng)過多次的軟硬件測試,，證實可以很好的滿足對汽車空調(diào)壓縮機系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的采集，所設(shè)計的上位機系統(tǒng)能夠配合采集節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示,、存儲,、數(shù)據(jù)記錄、檢索等功能,，采用多線程,，臨界量等編程技術(shù)，結(jié)合MeasurementStudio用戶界面控件與分析函數(shù)庫,，方便,、快捷地在VisualC++環(huán)境下實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有效地降低了該類程序開發(fā)的復(fù)雜性,，縮短了程序開發(fā)的周期,，實驗證明本系統(tǒng)具有實時性、可擴展性等優(yōu)點,。本文作者創(chuàng)新點：結(jié)合DSP和CAN總線技術(shù)應(yīng)用到在線檢測系統(tǒng)中,，使得該系統(tǒng)的抗干擾能力、可靠性,、準確性得到保障,；提高運算速度和工作效率。
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