基于嵌入式技術和CAN總線的車輛配電系統(tǒng)

1 智能配電系統(tǒng)的硬件設計
該配電系統(tǒng)分為三個部分：配電終端，智能配電管理器和車輛管理終端，如圖1所示。配電終端主要是用于28 V設備的狀態(tài)監(jiān)控，具有電流檢測、電壓檢測、過流保護、短路保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護及狀態(tài)監(jiān)控等功能。同時具有LIN總線的數(shù)字通信接口和外部控制接口；有電流、電壓和溫度的數(shù)字量輸出，并且各類故障的參數(shù)點具有可配置性。
由于特種車輛的用電設備的功率比較小，配電終端內(nèi)部采用低導通電阻的快速MOSFET來控制用電設備的通斷。并且采用電流、電壓檢測和短路保護技術實現(xiàn)對用電設備狀態(tài)監(jiān)控、故障的自動保護和故障完全隔離。另外，配電終端具有存儲記憶功能，能夠記憶設備故障時的記錄信息。同時，提供外部控制接口控制用電設備的通斷，兼容傳統(tǒng)的配電方式。為了實現(xiàn)遠程控制和配電系統(tǒng)的數(shù)字化，配電終端采用了控制器LPC935和低成本、易開發(fā)的的LIN總線。由于特種車輛具有大量的感性負載，啟動時的沖擊電流過大，電流瞬間可能超過額定電流的5～10倍，配電終端采用限流啟動方式。這種方式在保護自身的同時，也能夠改善特種車輛的電網(wǎng)特性。在大負載啟動時，考慮到可能影響系統(tǒng)電壓，從而影響用電設備的正常運行，配電終端采用控制用電與設備用電分離的方案?？紤]到全車用電設備數(shù)量眾多，配電終端采用模塊化設計，一個主要用電設備配備一個配電終端，智能配電管理器負責管理每個配電終端。
智能配電管理器主要負責管理配電終端的用電設備，對用電設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，同時智能配電管理器提供雙冗余CAN通道與車輛其他管理終端進行數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)整車電氣系統(tǒng)的數(shù)字化管理。對于車上的次要用電設備通過I／O控制繼電器來實現(xiàn)。

智能配電管理器主要部分包括：鍵盤和觸摸屏輸入，LCD顯示，雙冗余CAN接口和LIN接口，I／O輸入、輸出、測試、配置和故障檢測接口和備份信息存儲部分。由于智能配電管理器功能復雜，考慮到控制的實時性和用電設備的數(shù)量眾多，在硬件平臺上，采用32位微處理器LPC2119。LPC2119具有雙CAN控制器，兩個UART、豐富的I／0資源和內(nèi)置的RAM和FLASH存儲器。觸摸屏采用ADS7846控制器，LCD選型上支持觸摸屏操作的TFT真彩屏，信息存儲采用8 KB鐵電FLASH，鍵盤采用專用鍵盤管理芯。在軟件平臺上，選用實時多任務操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ，保證設備控制的實時性和工作的可靠性。
車輛管理終端主要負責是車輛電氣綜合的管理，配電屬于其中一個管理項目，各個管理終端之間采用雙CAN冗余通信，保證整個車輛電氣系統(tǒng)工作和通信的穩(wěn)定性和可靠性。

2 車輛智能配電系統(tǒng)的軟件設計
2．1 配電終端應用軟件實現(xiàn)的機制和原理
配電終端的程序處理流程如圖2所示。

配電終端軟件采用實時編程的思想，利用四路A／D采集輸入端的電壓、輸出端的電壓、電流和溫度，同時對采集的數(shù)字量進行濾波處理，保證采集的準確性，從而實現(xiàn)用電設備的過壓，欠壓、過流和溫度故障保護。短路保護采用硬件處理方式，如果檢測到短路硬件自動關斷MOSFET管，并且把短路信號傳輸?shù)絾纹瑱C的I／O輸入口，以便單片機對短路的識別、判斷。外部控制接口采用I／O輸人口檢測，同時對外部控制信號采用數(shù)字濾波處理，防止干擾時的誤動作。配電終端的信息備份采用LPC935內(nèi)部的存儲器存儲。備份信息主要是過壓、過壓時間，欠壓、欠壓時間，過流、過流時間，溫度故障和溫度故障時間的參數(shù)設置點。為了防止運行參數(shù)在設置參數(shù)點附近波動，軟件采用參數(shù)設置點回歸處理。由于采用時間和設置參數(shù)綜合判斷故障的處理方法，能夠較好地處理設備正常啟動瞬間低電壓和大電流而導致配電終端誤認為故障現(xiàn)象。通常為了防止電壓過低和過高車輛上采用并聯(lián)蓄電池處理的方法，大電流采用能量瞬間釋放處理。
為了實現(xiàn)配電終端的數(shù)字量輸出和配電系統(tǒng)的數(shù)字化控制，配電終端采用LIN總線通信，并且在LIN應用層協(xié)議采用標準LIN 1.2協(xié)議。由于LIN總線屬于完全主從模式，為了智能配電管理能夠正確地訪問每一個配電終端，在系統(tǒng)上電時采用自動分配地址的處理方法，由配電管理器為每個終端分配惟一地址。為了保證LIN通信的可靠性和異常處理，在軟件上，LIN通信數(shù)據(jù)采用CRCl6校驗，從而保證設備的工作正常,解決通信數(shù)據(jù)的異常出錯處理。