汽車電動空調(diào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究設(shè)計

　　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(jìn)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(yùn)行過程中的四個工程物理量進(jìn)行檢測分析：風(fēng)機(jī)的電壓、電流，壓縮機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(dá)到150MHz，具有強(qiáng)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(dá)到12.5MSPS(ADC時鐘為25MHz時)，在采集速度及精度上均能達(dá)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(biāo)準(zhǔn)制定為國際標(biāo)準(zhǔn)[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(dá)1Mbps。CAN總線具有較強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(yùn)行證明執(zhí)行結(jié)果達(dá)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(jī)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(qiáng)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(jī)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(jī)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的采集，所設(shè)計的上位機(jī)系統(tǒng)能夠配合采集節(jié)點(diǎn)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(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：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(zhǔn)確性得到保障；提高運(yùn)算速度和工作效率。