汽車電動空調(diào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究

1 引言
   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)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

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   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
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 2812 AD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)（ Control Area Network）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
// Configure Mailboxes 0-3 as Tx, 4,5 as Rx
 ECanaRegs.CANMD.all = 0x00000030; // Enable  Mailboxes
ECanaRegs.CANME.all = 0x0000003F; // Specify that 2 bits will be sent
 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：
 interrupt void can_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 Visual C++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：

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    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 Measurement Studio的顯示控件 (CNiGraph)。Measurement Studio是National Instruments(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Visual Studio環(huán)境中。Measurement Studio向用戶提供直觀的測量硬件接口、高級分析函數(shù)、科學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Measurement Studio用戶界面控件與分析函數(shù)庫，方便、快捷地在 Visual C++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。