燃料電池城市客車數據支持系統設計

在常規的發動機控制中，TPU常用于柴油機的噴油控制等工作。然而，在燃料電池控制體系中，控制器基于CAN網絡控制，TPU模塊在實際控制中使用不多。在本文中，使用燃料電池控制器中空閑的TPU模塊作為數據支持系統的運算單元，并不影響主控制任務的實時性能。同時，該方案不需要增加單獨的控制器單元，簡化了硬件設計，節約了成本。因此，該方案可以很好地彌補兩種常用車用數據記錄方案的缺陷。設計控制部分的框圖如圖3所示，采用數字核心MPC5xx系列的TPUA控制數據存儲模塊，TPUB控制時間日歷模塊。

2 硬件設計

燃料電池數據支持系統的硬件部分包括時間日歷模塊和數據存儲模塊兩部分。前者的作用是為記錄的數據提供時間參考，后者的作用是存儲數據。

2.1 時間日歷模塊

為了在燃料電池發動機電控單元斷電后保持數據記錄系統時間參考的準確性，采用了獨立的時鐘芯片DS12CR887來獲取當前時間。該芯片集成了時鐘振蕩器和內置電池，無需外部供電和驅動電路，同TPU的接口為并口。

時鐘芯片DS12CR887擁有128 B的內存單元，包括年、月、日、星期、小時、分、秒寄存器以及三個控制寄存器，還有114 B的通用內存。由于內置電池的作用，無論ECU上電與否，時鐘芯片都在運行之中；任何時刻，ECU都可以通過并口讀取時鐘芯片內存得到當前的絕對時間。該芯片對于少于31天的月份可自行調整，還可進行閏年補償。該時鐘芯片精度較高，在25℃的環境下，每月的誤差不超過1min。

2.2 數據存儲模塊

燃料電池數據支持系統記錄的數據量大，記錄時間跨度長，對存儲器的容量要求很高。同時，為了便于嵌入燃料電池電控單元，應盡量減少存儲器的體積。除此之外，成本問題也是需要考慮的因素。在比較了U盤、SD卡和EEPROM三種存儲器后，選擇了容量體積比最大且價格低廉的SD卡作為本數據支持系統的存儲設備。

本文采用Kingston公司2 GB的Micro-SD卡作為存儲器，Micro-SD卡的體積很小，可以很方便地通過卡座安裝在電路板上，便于拆卸。按照一天工作8小時計算，2 GB的容量可以存儲140天的運行數據，對于實際記錄來說，該性能可以完全滿足要求。在設計中，使用數字核心MPC5xx的TPUA模塊對Micro-SD卡進行操作，兩者之間利用串行SPI協議進行通信。由于Micro-SD卡的供電系統和信號系統都是3.3 V標準，而ECU的數字核心為5 V標準，因此在通信接口之間采用電平轉換芯片進行信號轉換，并且增加獨立的電源模塊。該部分的硬件原理如圖4所示。

3 軟件設計

3.1 時間日歷系統軟件設計