基于CAN总线的电动汽车整车参数测试网络

节点的设计

车辆节点采集的参数包括车辆启动、停止的状态，空调的开关状态，电机与发动机的转速信息，从采集参数的特征来看，分为开关量和频率量。对于开关量的采集，无需额外的传感器，只需要将电压信号通过光电耦合直接输入微处理器的输入口即可检测；对于频率量的转速，我们选用了霍尔传感器进行测量。在输出轴上贴磁钢片，当磁钢片通过霍尔元件时，霍尔传感器输出脉冲，此脉冲通过光电隔离输入到80C196的高速输入口，由于高速输入口可以自动记录脉冲跳变的时刻，可以对脉冲进行精确测量，而且高低频率都适用。车辆采集节点的结构框图如图3所示。

3.2 电量节点的设计

对于电压电流等电参数来说，应用通常的A/D变换很容易测量；但是对于电能参数，由于是电压电流的时间积分值，应用普通方法测量起来难度很大。因此对于电量测量选用集成电量测量芯片CS5460A，该芯片可以同时测量电压、电流以及两者的功率和能量。CS5460A是带有串行SPI接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，主要应用在单相电子式电能表和三相电子式电能表中。芯片完成一次校准后，将校准系数存到系统的EEPROM中，每次上电CPU从EEPROM中读出校准系数，并写入测量芯片中，然后通过SPI接口写入命令，即可进行相应电流电压和电能的测量。通过SPI接口，微处理器读出该芯片中的测量结果，更新EEPROM中的电能信息，并通过报文的方式发送到CAN总线上。

为了保证测量电路的工作可靠，测量电路在设计时通过光电隔离器件将CS5460A的SPI接口和微处理器的I/O口进行隔离，防止了相互的干扰。由于芯片SPI接口的数据线(SDI、SDO)和时钟线(SCLK)信号变化很快，选用高速光耦6N137隔离，其耦合速率可达10Mbps；而芯片的片选（CS）、复位(RESET)和中断(INT)输出信号属于电平信号，变换速率很低，用普通光耦TLP521-1即可实现。

　　3.3 电池参数采集节点设计

电动汽车动力电池是由40节12V铅酸蓄电池串联而成，每节电池的性能将影响整个电池组的性能。因此有必要对每一个电池的参数进行测量。包括每节电池的电压，电流以及测量传感器的状态。由于共有40节电池，用一个节点进行测量任务量太大，因此设计了4个节点对40节电池进行测量，每个节点负责10节电池参数的测量，电池参数只有电压和电流，可以通过简单的A/D变换得到，因此，电池节点的设计不再详细介绍。

4、基于PC104的监控节点的设计

由于整个网络测试的146项参数都要进行显示和记录，以微处理器为核心的单片机系统显然无法胜任如此繁重的任务需求。另外采用单片机开发必然会带来巨大的工作量。为了给用户提供友好的人机交互界面，减小开发工作量，监测节点选择了结构紧凑，软硬件功能和PC相近的嵌入式PC104模块进行开发。

PC104模块采用嵌入式CPU，选用256MB 袖珍Flash 盘作为系统硬盘，存储操作系统、应用程序和采集数据，选用夏普10.4英寸液晶显示屏作为人机交换的界面。

PC机与外设的接口方式灵活多样决定了CAN控制器和PC机的接口方式也是多种多样的，常用的方式有：RS-232串口、并行打印口、USB接口、ISA总线接口等。本系统中PC104通过双口RAM通讯获取智能接收节点的数据。所谓的智能接收节点，是指该节点配有微处理器，它通过双口RAM和PC104完成数据交换，将从总线上接收到的数据发送到PC104进行显示和记录，并将PC104要发送的数据发送到CAN总线上。由于加入了微处理器，极大地减轻了主机PC104的负担，提高了系统的实时性能。

　　4.1 基于信箱格式的双口RAM通讯

信箱结构是实现对于双口RAM内部存储区共享的一种逻辑结构。信箱式共享存储区具有两层含义：首先把各微处理器专用存储区与共享存储区划分开来，仅建立一块较小的共享区供通讯使用；其次对共享区作了细分，仿效邮政信箱格式建立了分格式逻辑结构。

智能节点的微处理器和PC104的ISA总线之间通过双口RAM IDT7132进行数据交换，在双口RAM中开辟了2块公共存储区作为通讯的2个公共信箱，一个用于微处理器向PC104传输数据，另一个用于PC104向微处理器传送数据。下面以微处理器向PC104通讯的公共信箱为例介绍基于信箱格式的通讯方式。

智能节点向PC104传送数据的公共信箱长度为16个字节，其中第一个字节为可读写标记，当任何一方需要操作读写数据时，先检查该字节，若为0AAH，则不能进行操作；若为55H，可以操作；第二个字节是读写次数，表示在PC104读出数据之前，智能节点写入新的数据的次数；第三个字节为该组数据的ID号，以区分不同的数据；第四个字节开始为真正的数据区，数据区的长度依据前面ID的不同会有差别