汽車電動空調的數據采集系統(tǒng)的研究設計

　　汽車空調作為車內溫度小環(huán)境的控制中心，其作用不言而喻。由于過去的汽車空調檢測系統(tǒng)因為控制策略單調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備如數據采集卡，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，本文所設計開發(fā)的檢測系統(tǒng)主要對電動汽車空調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系統(tǒng)的開發(fā)過程中所需檢測系統(tǒng)的設計，主要用于使空調系統(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)化提供數字依據；為汽車空調后續(xù)開發(fā)提供可靠的保證。

2 采集系統(tǒng)設計

　　2.1 總體設計

　　如圖1所示，在該系統(tǒng)中，DSP部分的軟件設計主要完成以下工作：數據采集周期的設定、AD轉換、數據校正及濾波等。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果保存在CAN郵箱內，通過CAN控制模塊進行發(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為該四通道數據采集系統(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，具有強大的數字信號處理能力[2]。片內集成的12位AD轉換器共有16個通道，轉換速率在可達到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)域網絡（ControlAreaNetwork）的簡稱，最早是由德國BOSCH公司推出的，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件間的數據通信，其總線規(guī)范現已被ISO國際標準制定為國際標準[3]。它廣泛的應用于汽車電子、工業(yè)控制，其信號傳輸介質為普通雙絞線，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，也方便了整車調試的接入。

　　2.3 軟件部分設計

　　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轉換和CAN總線通信。因為TMS320F2812內置有12位AD轉換器，因此轉換部分可分為AD模塊配置和數據轉換處理；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)轉換方式

　　AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;//分頻系數為1

　　AdcRegs.ADCMAXCONV.all=0x0055;//共有12個轉換，采樣值取2次，標準值1次

　　AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.all=0x1100;//轉換序列

　　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。

　　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)在數據采集、數據轉換及發(fā)送的相應任務。

　　Pre_High=ADCRegs.ADCRESULT6>>4+AdcRegs.ADCRESULT7>>4;Pre_High=Pre_High1;//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;

　　經實際運行證明執(zhí)行結果達到了設計需要，說明該部分程序設計完全滿足預期的任務調度規(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對象程序設計技術，關于CAN232接口卡的硬件操作函數已經封裝在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。方便在程序中調用。在編譯生成的應用程序中設置好有關CAN232的相應參數，開始采集過程。每次將采集到的數據寫到數據文件并送到數據緩沖區(qū)，以實現采集模塊和顯示模塊的數據共享。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,并設置相應的四個屬性頁，可以方便的切換及觀察采集的數據波形、數據統(tǒng)計、數據幀、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)專為測試和控制領域開發(fā)的工具軟件，將強大的數據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、科學的用戶界面控件及測量數據網絡，可大大提高數據采集分析系統(tǒng)的開發(fā)效率[5]。

　　在本系統(tǒng)中。數據量龐大，針對此情況，建立了Access數據庫文件。Access是一個適應于普通場合的、典型的關系型數據庫，根據關系型數據庫的設計原理及本文的需求，對數據庫的操作轉化為對于相應記錄集的操作，實現語言采用了SQL語言實現。圖3為空調壓縮機的四路數據的波形圖圖4為此四路數據對應的數據值的統(tǒng)計圖

3 結束語

　　本采集系統(tǒng)經過多次的軟硬件測試，證實可以很好的滿足對汽車空調壓縮機系統(tǒng)相關參數的采集，所設計的上位機系統(tǒng)能夠配合采集節(jié)點實現數據的顯示、存儲、數據記錄、檢索等功能，采用多線程，臨界量等編程技術，結合MeasurementStudio用戶界面控件與分析函數庫，方便、快捷地在VisualC++環(huán)境下實現了數據采集系統(tǒng)，有效地降低了該類程序開發(fā)的復雜性，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：結合DSP和CAN總線技術應用到在線檢測系統(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。