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电动汽车
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1毕业设计说明书纯电动汽车电池管理系统的设计院、部学生姓名指导教师职称专业班级完成时间2摘要随着经济的发展，电力电子设备的更新速度更是突飞猛进，然而传统的能源煤，石油，天然气的储量却在日渐减少，这样带来的能源问题就引起了广大用户的关注，作为生活中的重要组成部分，汽车越来越被称为了生活得必需品,能源的减少引发了汽车动力的改革，而以电能代替传统的汽油的汽车便走进了人们的视野中，它污染小，对周围的影响也小。电动汽车的主要特色就是它的电池工程，而对电池的管理系统也就成了试下研究的热点。电池管理系统作为电动汽车上不可缺少的一部分，在对电动车的电池管理，充放电控制，电池监控等方面有着很重要的作用。本课题拟以我国长安纯电动汽车的设计要求和主体设计规划为蓝本，设计一款以单片机作为主要控制器的电池管理系统，实现对电池的综合检测管理的设计。主要包括电压检测、电流检测、充电检测、放点检测，并针对性的设计外围CAN总线接口电路，以方便上级控制系统和我们设计的电池管理系统有机结合。关键字电动汽车，充电管理，锂电池3ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMY,THEUPDATINGSPEEDOFPOWERELECTRONICEQUIPMENTISADVANCINGBYLEAPSANDBOUNDSHOWEVER,THETRADITIONALENERGYOFCOAL,OIL,NATURALGASRESERVESBUTINDWINDLING,ENERGYPROBLEMHASCAUSEDATTENTIONOFTHEMAJORITYOFUSERS,ASANIMPORTANTPARTOFLIFE,MOREANDMOREVEHICLESISKNOWNTOLIFENECESSITIES,ENERGYREDUCTIONCAUSEDBYTHEREFORMOFTHEELECTRICVEHICLE,ANDTHEELECTRICALENERGYTAKESTHEPLACEOFTHETRADITIONALGASOLINECARWENTINTOPEOPLESFIELDOFVISION,ITLITTLEPOLLUTION,INFLUENCEONTHESURROUNDINGISSMALLTHEMAINFEATUREOFELECTRICCARISITSBATTERYENGINEERING,ANDTHEBATTERYMANAGEMENTSYSTEMHASBECOMEAHOTSPOTFORTHESTUDYASANINDISPENSABLEPARTOFELECTRICVEHICLE,BATTERYMANAGEMENTSYSTEMPLAYSANIMPORTANTROLEINBATTERYMANAGEMENT,CHARGEDISCHARGECONTROL,BATTERYMONITORINGANDSOONTHISPAPERINTENDSTOCHINACHANGANPUREELECTRICVEHICLEDESIGNREQUIREMENTSANDTHEMAINPLANNINGANDDESIGNISMODELED,DESIGNAMICROCONTROLLERASTHEMAINCONTROLLEROFTHEBATTERYMANAGEMENTSYSTEM,THEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEOVERALLDETECTIONOFBATTERYMANAGEMENTMAINLYINCLUDESVOLTAGEDETECTION,CURRENTDETECTION,CHARGINGTESTANDDETECTION,ANDACCORDINGTOTHEDESIGNOFPERIPHERALINTERFACECIRCUITOFCANBUSTOSUPERIORCONTROLSYSTEMANDTHEDESIGNOFBATTERYMANAGEMENTSYSTEM,THEORGANICCOMBINATIONOFCONVENIENCEKEYWORDSELECTRICVEHICLES,CHARGEMANAGEMENT,LITHIUMBATTERY4目录1绪论111选题背景及意义112纯电动汽车概况213论文研究内容的章节安排22整体研究方案421系统设计方案422系统总体设计方案的确定43硬件电路设计731单片机的选择732电池管理芯片介绍933电源模块的选择934采样电路设计设计11341传感器的选择11342电压采集电路的设计11343电流检测电路的设计12344温度检测电路的设计13345绝缘电阻检测电路的设计14346故障报警模块电路的设计16347CAN通信模块164软件系统设计1941软件系统整体设计思想1942主控程序软件设计1943主程序设计流程2044初始化程序的设计2145温度检测子程序的设计2246电流检测子程序的设计2447绝缘电阻检测子程序的设计2648CAN总线通信子程序的设计28481CAN的初始化28482CAN的发送285483CAN中断的接收29结束语31致谢32参考文献33附录3411绪论11选题背景及意义人们现在的生活越来越离不开汽车的存在。有当前调查的结果指出，当今，汽车以每一年三千万辆的速度持续增长着。相当于全世界汽车现在已超过十亿辆，每一千人中间，就有着一百二十个人买了汽车的群体。在一定数量内的汽车，它的尾气排放到大气中，由于大自然的平衡体系，能够吸收一定量的有害气体，防止对人类自身的健康造成危害，但随着人们生活步调的加快，汽车的需求量也在不断地增加，此时汽车排放的尾气就会有可能超出大自然的承受力，然而,随着人口增长和经济水平的提升，人们对于汽车的也越来越大，因此人迫切需求寻找一种可以代替石油的新能源车，电动车就因此进入了人们的眼中。自十八世纪七十年代初戴维逊成功地研制了第一辆电动汽车ELECTRICVEHICLE,简称EV后,然而电动车在十九世纪就有了一定的发展,但由于蓄电池性能差,汽车续航能力差,越来越不能达到人们的需求，这样的汽车会逐渐的被新理念的车所代替。从汽车的发展看来，无污染的车已经成了汽车行业的关注焦点，现代的电动汽车技术是结合了多项工程技术成就的前两项技术，拥有电气化的高性能车就应运而生了。它将成为人们交通工具的首要选择,为人们的生活提供更多的便利，它不仅在利用率上优于传统的汽车，它不存在尾气排放问题，所以开发前景十分广阔。就目前看来，发展电动汽车将是解决未来能源与环境问题的最有希望的措施之一,也是人们关注的焦点，它不仅会带动汽车产业的发展，也会得到科研机构的高度重视，对于改善环境问题起着不可估量的作用。我国纯电动汽车最早开始于六十年代，然后再随后的几十年来也有不小的发展，但是真正的大发展的契机是开始于九十年代。进入新世纪后，在我国的“十五”中长期发展计划中第一次电动汽车被理想，获得了国家战略层面的认可。提出“三横三纵”研发布局。同时大气污染也越来越严重，PM25指数收到人们对严重关注，汽油燃烧后产生的尾气是大气污染，PM25的主要指标，因此发展电动汽车对于大气污染的治理也是非常重要的。在中国汽车群体里。人均汽车拥有量达到每1000人有110辆汽车，石油进口就成为了突出性问题。因此从国家安全战略角度来讲，摆脱对汽油的依赖也变得十分重要。最新的权威机构发布的统计数据显示截止到2015年，纯电动汽车和油电混合动力汽车在世界汽车总产量上有望继续高速的持续增长，预计可以达到近70增长率。而中国将是这个大幅度增长中的主力军。从另一方面来说，为了环境环保问题，中国也必须大力发展电动汽车。在经过了国家战略2层级的两个五年规划大发展以及北京奥运会和上海世博会的初步推广，在电动汽车方面，中国的技术已经获得了很大的发展，初步建立起了中国自己的产业体系。据最新统计，目前已有有超过75的城市已经开始推广电动汽车，有将近200家汽车型号进入了推荐名录，电动汽车的发展已经进入了一个新的时代，在中国的发展也更是走上了更加辉煌的道路。到2011年的第三季度，汽车新品发布会上，有超过二百款新能源汽车进军了领域，包括纯电动汽126款，以及混合动力汽车73款，还有燃料电池汽车9款，就现在来看，大家都认为混合动力和纯电动汽车以及燃料电动汽车是未来的汽车主要发展转型的空间。随着“十二五”规划纲提出，我国的新能源汽车将会有巨大的突破性发展，也标志着能源汽车会是战略的新型产业。会加强发展纯电动汽车的发展，以及，我们可以预见到，在中国，新能源汽车必将获得长足的进步和发展。12纯电动汽车概况纯电动汽车（BEV）通过电能由电动机驱动的汽车。电动车的电能来自于内部的蓄电池而并不是车外的电缆。纯电动汽车基本上是采用车内的电动电机来进行牵引，当然也有例外的就是把电动机安装在轮子中的特殊的电动汽车。对于燃油汽车和纯电动汽车相比较而言，区别还是比较明显的，其中纯电动汽车最大的差异在于其中的四个主要结构电池、车载充电器、调速控制器、动力电机。纯电动汽车性能的差异主要取决于这主要的四个部件，四个部件的品质也起到决定了价值的意义。首先是驱动电机的功率，决定了车能提供多大的驱动能力决定了车的速度和负重能力；其次电池的容量决定了车的续航能力，容量越大续航能力越强；同时充电器的好坏决定了充电速度的快慢，而调速控制器的性能也决定了车的基础能力。目前纯电动汽车驱动电机有直流有刷电机和永磁电机，另外还有交流同步电动机，一个车的性能好坏，速度如何主要决定于电动机的选择，同时也影响着车的用途，性价比高的车子在电机的控制方式上也有着自己独特的特点，现阶段的电机控制主要分为两类，分别为调速控制器和不调速控制器。电动汽车也成为时下的一个研究的主题。13论文研究内容的章节安排本文主要的研究内容如下所示第1章绪论首先介绍本毕业设计的课题研究的背景及其意义，纯电动汽车的概念，并设计出对论文研究的章节安排。第2章分析了需求，并根据需求提出了各种方案，对方案做了对比选择了最终的方案。3第3章硬件系统设计。主要是设计了电池管理系统的各种的电路，包括单片机最小系统以及电压电流检测电路，温度检测电路。第4章软件系统设计，主要包括了ADC程序的编写，液晶程序的编写以及CAN总线的通信等部分。42整体研究方案现代电动汽车相较于传统的燃油汽车的最大区别就是电动汽车的电气化水平极高，需要很多传感器采集很多的信息。电池管理需要收集数据来达到控制和管理的作用，主要需要监控的数据有电压，电流以及温度等，在系统设计初期，我们针对了电动汽车的需求，提出了我们的系统设计方案，并根据需求确定了详细的各模块的设计方案，查阅了相关的资料进行了汇总。21系统设计方案本文设计主要是设计一款电动汽车电池管理系统，电池使用了的普通的高能锂电池单体12节组成了一个电池包，以管理此电池包为我们的需求来进行设计，并有如下具体的细致要求（1）可以检测单体的电压，也可以检测总体的电压，并且也可以检测通过的总电流；（2）具有在充电和放电时都有可以测量电流的能力，正负电流都要表明测量（3）可以进行实施的温度检测，检测电池的当前温度值；（4）可以检测绝缘性能，检测电池当前的绝缘性能的好坏；（5）具有报警功能和故障处理功能，可以液晶屏显示（6）可以进行CAN总线的通信，通过CAN总线进行信息的交互；22系统总体设计方案的确定对于电动汽车来说，它所使用的大量单体锂电串联一起组成的动力源，涉及到电池的体积以及重量的方面，若干个串联的模块被分散安装在车体中组成了电动汽车的电池组。对于电池系统来说，如果使用分布式的系统方案的话所耗费的成本就会过高，并且系统本身也会过于庞大；如果使用集中式的系统方案的话，BMS的中心处理单元就会负担过重，所以，现在如果使用电动汽车的话，在电池管理系统中通常会使用一个折中的方案。一个庞大的电池包被12个单体的电池组成在一起的，BMU是由为每个电池包配备一个电池模块的监控单元，在这里，BMS是由一个主控单元（CMU）与多个BMU组成的，整个电池管理系统可以分成结构上层的主控模块以及下层中的监控模块。其中，监控模块与主控模块之间可以通过SCI的总线来进行系统内部的联系，其余，CAN总线和系统的外部间实现通讯组成的主控模块。5图1系统总流程图电池管理系统主要由以下几部分组成数据采集模块、MCU主控单片机模块、均衡模块，包括传递温度信息的温度传感器、监控电流的电流传感器和电压传感器，也包括连接这些器件的辅助器件，比如说漏电检测模块、显示单元一级需要实现控制功能的控制器件。6采集模块主要是ADC采集，可以采集电池的电压、电池的放电电流，单体电池的电压等部分组成，用来测量电压信号。温度检测电路对电池组的温度进行采集，温度采集非常重要，因为电池高温可能发生自燃，造成危险，因此我们在充电和放电过程中必须要对温度进行严格监控，才能把危险情况降到最低。绝缘电阻的检测电路绝缘数据的检测是为了保证电动车系统的安全工作的另一个关键点。单片机通过ADC采集可以获得正负电源以及外壳等部分的电阻值大小，如果一旦发现有电阻值不正常，小于我们标定的电阻安全值，测出触发报警，从引脚输出电平从而控制输出相应电平，此时我们设计的报警电路就会工作，发出强烈的声音指示，同时还会发出LED闪烁报警。故障报警电路具有声音、光信号的报警功能，是单片机系统控制输出相对应的电平信号来控制输出。当系统采集的数据信息超过规定范围时，立刻发出声光报警。本系统采集的数据有电压数据、温度数据、电流数据以及绝缘电阻等。通过报警，可以体现对出现异常情况时的处理和改善。电压检测电路可以对检测电池组的单体电阻电压数据，为了保证给纯电动车提供合适的电压。CAN总线通信该模块是用于进行数据的通信。73硬件电路设计31单片机的选择结合此处的需求可知，我们需要的是一款带有AD功能、具有CAN通讯功能的单片机，因此我们选择了基于增强型51内核的C8051系列的单片机C8051F040，C8051F040是CYGNAL生产的一个集成性高效的信号处理性的单片机，依靠其丰富的片内资源，完全可以达到我们想要的几乎全部的要求，包括内存以及丰富的IO口等部分，他几乎是达到了目前8位单片机的最高水平。如下图2所示为8051单片机的全部的内部资源的结构。8图2C8051F040内部结构这种单片机具有以下特点和功能（1）采用高速流水线结构的新型增强型51内核。（2）具有我们需要的CAN总线，CAN20B结构。（3）具有防止破解的内部保护，以及片上调试端口。（4）内部有12位的高精度ADC，速度可以达到100KBPS。（5）同时也具有8位的低精度ADC，速度可以达到500KBPS。（6）内部具有12位精度的DAC两通道，满足特殊需求。（7）内部具有64K的可在线编程的FLASH空间。（8）SRAM的大小有4KB。（9）和普通的51单片机一样，可以外部扩展内存大小。（10）丰富的接口包括UART，SPI，I2C。9（11）片内16位定时器5个。（12）片内有电源电压监控器，温度传感器，以及看门狗。保证单片机在严酷的工业环境下可以稳定的运行是很重要的，因此看门狗，电源电压监控器，温度传感器这三者是很重要的，可以有效的避免程序跑飞，程序死机之类的问题，维持稳定性。C8051F040的时钟电路C8051F040的时钟可以是以内部方式产生或着外部的方式产生，本系统所用的时钟由外部方式发生。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。本系统选用24MHZ的晶振。时钟电路如下图C8051F040的复位电路复位是使单片机的CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态的初始化操作。复位后单片机从这个状态开始工作。除此之外，当单片机运行出错或系统处于死循环状态等情况时，需要对单片机进行复位以重新启动机器。复位电路如下图1032电池管理芯片介绍对12节电池进行管理，我们必须要使用专门的电池管理芯片，因为单片机是串行执行，不适合处理高响应要求的并行时间，电池12节需要实时的一直进行监控，因此需要使用电池管理芯片来进行管理，我们选择的是电池管理芯片OZ890，该芯片是由大名鼎鼎的集成电路公司O2MICRO研发的。电池管理芯片OZ890是由凹凸科技采用结构重组的形式研究的，具有很多别的芯片没有的有的功能，它可以支持最高13节的电池，我们只需要12节，显然满足要求，同时它还具有普通的锂电池保护IC的全部功能，包括过流保护，过压保护，欠压保护等，是一个十分好的选择。OZ890芯片采用TQFP64的封装，具有如下性能特点（1）和普通的锂电池一样，需要一定的保护措施来实现它的安全和可靠性，包括充电时的过压过流，以及温度检测保护，短路检测保护等。（2）可以通过I2C总线和单片机进行连接，包括使用I2C读取各项数据等情况。（3）如果电池发生短路断路，则会第一时间进行切断，保护电池或者用电器的安全。（4）实施显示电压情况，内置温度传感器，显示温度。（5）最重要的功能是具有均衡功能，对于多节锂电池的串联系统来讲，由于电池有差异性，因此使用均衡技术进行充电是非常有必要的，OZ890恰好支持使用均衡技术监管充电，保证每一个系统都可以运行。33电源模块的选择电源部分是极为重要的，因此我们需要认真进行设计，使电源部分尽可能的稳定。电动车的整车供电采用的是12V输出，单片机部分需要一个5V的可靠电源，OZ890芯片需要进行电池检测，因此需要一个尽可能宽的电压，需要15V，风扇和蜂鸣器电压5V。各个芯片通过DCDC转换获得供电电压，并能起到隔离抗干扰的作用。5V电压通过LM2956转换，如图3所示。11图3电源模块电路因此我们需要先把电源降压到5V，此处使用TI的LM2956作为降压芯片。TI的LM2956是一款非常经典的开关电源的芯片，内部集成开关，提供最高峰值电流3A的电流输出能力，电路简单易用，并且资料成熟，便于使用。12图4MAX743升压电路通过查阅相关的资料，了解到MAX743升压电路的知识，MAX743电源的相关电路只能输出两个等级的电压正负15V及正负12V的电压。无法满足电路的设计，提出两个改进方法，一个是采用不一样的电阻来分压网络，第二个是从它反馈的电路入手，调整输出电压，研究表明，通过改进的方法可以得到输出电压可调的电源。通过改进电压的调节来向OZ890这个元器件提供高电压。34采样电路设计设计341传感器的选择传感器的选择要求和作用传感器是借助于检测元件接收一种信息,并且按照一定的规律把它转换成另一种信息的装置,其获取的信息,可以是各种物理量,化学量和生物量,而且其转换后的信号也有多种形式。传感器是我们控制系统中最基础的部分，只有传感器精准的提出了相应的采集,才可以做出精准的结果。所13以,对传感器有以下要求（1）必须要有足够量程。传感器的量程应该足够大应该有一定的负载能力。（2）响应速度快,工作的可靠性高。（3）与测量或控制系统匹配性好,并且转换灵敏度高,线性程度好。（4）传感器其精度适当且稳定性良好,静态响应和动态响应的准确度能达到要求还可以长期稳定。（5）适应性强，不因恶劣环境损坏，干扰小，噪声低，可适应我们的使用。（6）传感器性价比高。在尽可能低的成本下保持尽可能长的寿命，并且易于维修更换。现在能达到上述要求传感器是非常少的,所需的传感器应该参考其目的、使用环境、被测的对象状况、精度的要求和信号的处理等，具体条件来选择进行处理。342电压采集电路的设计OZ890芯片含有电池电压巡查电路，这些电路集成了多路单体才构成，根据图5的设计，主要是把转换好的数据借助IC总线传送到C8051F040。鉴于OZ890芯片巨头能够自动平衡的功能。电路由两部分组成，单体电压的采集电路，还有另一种电路叫做均衡电路。图5电压采集电路14如图5所示BATN1和BATN为OZ890芯片的入口端，反馈电阻起到的作用是检测电流，以防止过流。同时OZ890具有均衡功能，当电池充电完成或者单节电池电压过高后，MOS管闭合来分走电流，避免过充。343电流检测电路的设计电流作为估计电池相关的容量以及参数，所以系统对电流的采集有很高的要求，不仅要保证采样中电流由高精度，同时要求必须具有较强的抗干扰能力，也就注定了电流传感器的选择是相当重要，目前的电流传感器大体有以下几种，互感器，分流器，以及光纤和霍尔电流传感器，光纤的性能是最好的，但是它的价格非常昂贵，一半只用于一些不可避免的，无法替代的通信领域中，很少用到控制中，霍尔电流互感器由于具有很好的抗震性，但是它的机械性能却很差，一般不容易检修和更换，分流器的测量范围很广，耐机械性能良好，相对来说造价便宜经分析比较后,选择分流器比较适合本系统的电流检测。本文采用超光仪表公司生产的FL一2型分流器75MA一100A作为电流检测传感器OZ8920芯片自身带有温度传感器，如图6所示。图6FL2型分流器344温度检测电路的设计本文温度信号采集是采用DS18B20来完成的,18B20是最常用的一种数字型的温度传感器，价格低，体积小，操作易，被广泛使用在各个领域。区别于传统的模拟温度传感器，他可以不用AD采集，直接输出温度值。它能够在很短的时间内完成数字量的交换，交换12位的时间可以达到几百毫秒，而交换9位的几乎只需要几十毫秒。DS18B20芯片有两种供电方式，分别为外部电源和寄15生电源。当其采用寄生供电方式时,温度变换功率来源于数据总线,内部结构框如图7所示,温度测量电路如图8所示。当采用寄生电源供电时,需要把其中的两个输入端接地。当处于写存储器操作和温度变换操作时,这是总线上必须有一个向上拉的电压，启动时间大约几微秒。图7DS18B20芯片内部结构图8温度检测电路硬件处理需要其他相对软件的配合使用,对于该DS18B20和单片机之间是使用的1WIRE总线通信,因此对读写时序要求极其严格，必须要遵循时序,否则读取到数据会失败。16345绝缘电阻检测电路的设计绝缘电阻检测是非常重要的一环，关系着驾驶员的生命安全，如果一旦出现漏电现象，会产生严重后果，乃至威胁性命。因此我们设计的绝缘电阻检测装置，可以有效的检测车辆的绝缘电阻的大小，如果一旦电阻大小不对，马上停车报警。其高压部件（如高压直流电池组，驱动部分，功率部分，电机部分等等）绝缘性变差后，电阻变低，因此可能会产生漏电（可能漏电流很小），使车身带点电，严重情况下产生漏电，非常有可能产生事故，危害乘客的安全，损坏电动车的设备，因此我们要防患于未然将漏点问题提早检测出来，才可以满足我们电动车漏电检测的要求。当今，全世界很多学者对电动汽车直流系统的绝缘电阻检测方法做了大量研究工作，其中检测方法多部分采用外接测量电阻的方法。此方法只有母线端接地的条件下才准确检测出绝缘故障，但在正负母线双端对称接地时无法精确计算出绝缘电阻。电动汽车运行中，由于电机控制器等高压零部件电磁辐射较强，可能绝缘检测单元在车辆运行中的严格电磁干扰状态下，所以我们考虑到可能会出现因为干扰问题出现了错误的检测，因此我们需要加入一些错误状态判别的方案。故选择有源绝缘电阻检测方法。有源绝缘检测方法原理如图9所示，我们通过高频的磁隔离变压器给车身之间诸如短暂的高压电，然后我们使用单片机对这个压降进行测量，根据电压值即可测量出导通的电阻率，进而获得我们想要的电阻值。车体通过开关S1,S2将电阻R1，R2,R3,R4R5,R6,R7,R8与正负直流母线相连，S3,S4为MOS管，MOS管S3,S4的通断由单片机发出PWM信号控制，当MOS管导通后会在变压器副边形成700V的高压。17图9绝缘电阻检查电路346故障报警模块电路的设计在本文的系统设计中，当锂电池组单体电压、总电压被检测到为方便人们了解电池组运行情况,主控单元中电路板上设置了7个指示灯及1个蜂鸣器来显示不同的电池故障。如图10电路图所示，发光二极管可以作为指示灯选用。选用7个灯来代表过充、过放、过流、过温、容量高、容量低和节点通讯的故障显示。故障分为的两级是临界故障及严重故障。如果发生临界故障的情况下,对应的故障指示灯将会闪烁。如果发生严重故障时,对应的故障指示灯将常亮。如果无故障发生时额情况下,所有的指示灯都熄灭。18A1指示灯1指示灯2A2指示灯3指示灯4指示灯5指示灯6指示灯7A3A4A5A6A7图10报警电路图347CAN通信模块（1）CAN总线基本原理德国BOSCH公司最早提出关于CAN总线的概念，之后经过一段时期的研究，开始出现了它的成品，严格的说作为这种工业性的串行总线，它在电子领域有着广泛的应用。CAN总线具有如下的特点1在CAN总线中，短帧结构是CAN总线中基本的结构，然后每一帧的数据都进行了CRC校验，一旦错误即可补发，因此可以大大的保证在任何情况下的传输的正确率，并且就算是干扰大，因此补发的机制也可以降速来做的准确率。2只需要两个线就可以实现总线结构，总线上可以挂很多的子节点。3有优先级的概念，因此如果出现了不同的节点的总裁问题，可以优先解决高优先级的。4数据通信速率非常快。5可靠灵活多样是他的特点，可以进行点对点的通信，也可以将进行点对面的通信，是一个非常好的总线。6）系统的柔软性。在多数情况下，在与总线相连的单元不存在能够识别的信息来确保其他单元能够找到信息的位置。当总线增加单元时，它因为没有地19址信息，对其他单元不构成影响，与他连接的其他单元只需要保持原有的配置即可。7）通信速度，每个系统都有适合它的通信速度，但是在同一网络中，必须保证所有的通信速度是一样的，不然数据传输会存在问题，CAN是以双绞线为传输介质的，它的传输性能非常好，传输距离相对来说很远。8）CAN总线连接单元数量。CAN总线连接的单元在理论上是没有限制的，它能够同时接连多个单元，能够提高处理的速度，但是由于所有的总线都是依靠电力电子设备实现的，他就必然存在一些问题，如果连接的单元在总线上存在时间推移以及延迟，带有电气负载限制，比如可调控范围。所以可以通过提高电力电子控制通信的速度来使连接的单元数量减少提高通信速度，同时，通过降低通信速度来达到单元数量的增加，使其具有更好的功能。9）遥控发送。CAN总线可以通过“遥控帧”来进行所有的遥控指令。10）CAN还具有错误检测功能，可以检测错误，分析错误的类型，并且每个错误都是有不同的编码，他会通知其他单元有关于这个错误信息的功能，当有一个单元正在发送信息时，恰好被检测出错误，那么这条信息指令会被禁止发送，如果错误的信息没有恢复功能，那么单元一定会再次强行结束发送指令，这样无限次的循环，知道错误恢复功能才停止，这样检测出来的错误更具有可信度。（2）CAN通信系统设计下图所示为我们使用的CAN总线控制器。CAN最先是由德国BOSCH公司在上世纪设计的，专门应用于汽车电子的一种新型总线。经过了三十多年的验证，可以知道CAN总线是一个非常好的总线标准，硬件的电路如图11所示。主要应用了控制器、光耦隔离电路和收发器IC等部分构成了CAN总线的接收电路。我们使用的C8051F040单片机是支持CAN总线的，S输出后的信号经过了我们外部的驱动器连接了CANH和CANL。同时因为汽车电子的干扰是很大的，因此我们使用了光耦进行了信号的隔离。对于芯片的选择，我们使用的是最经典的方案，CAN收发器采用82C250芯片，工作电压为5V。能够对CAN控制器提供接收功能，同时对总线也有差动发送数据的能力，作为控制器上的物理总线之间的接口，限流电阻为电阻R5、R6、R7、R8，终端匹配电阻为R10。去耦电容为C7、C8、C9，82C250复位端通过R9接地。20图11CAN通信电路（3）C8051的SMBUS接口原理C8051F040是一个双向总线，它集成了SMBUS的接口，并且兼容12C总线，能够达到与系统总线管理的特点。目前的系统控制器为通过字节实现的读写操作，总共是五个寄存器来管理SMBUS接口的控制寄存器表示为SMB0CN、时钟速率寄存器表示为SMBOCR、地址寄存器表示为SMB0ADR、数据寄存器表示为SMB0DAT和状态寄存器表示为SMB0STA。4软件系统设计41软件系统整体设计思想随着新能源的出现，电力电子子技术也伴随着变化，任何一个控制系统想实现他的功能，都必须是有硬件系统建立的电路设计，同时兼有软件系统的设计，来达到控制的完整性，软件系统是在硬件系统的基础上，相当于对硬件的一个扩充，它的设计也是关系着整个控制系统是否能够有很好的控制作用。在软件系统设计过程中，由于每个模块都有不同的功能，加上使用分类居多，在设计中一般采用分块设计，这样能够使设计有逻辑，能够逻辑清楚的设计和验证每一步设计，以免大而多的任务设计混乱不清，有所遗漏，方便查漏补缺，给调试过程节省了大量的时间，但是每个设计板块并不是完全独立的，设计程序一般包括主程序和子程序，在通过主程序调用子程序的时候，各模块的作用又是协同的，他们之间相互影响来作用于整个硬件系统这样如果有问题出现，可以很明朗的确定哪个设计环节出了问题，这种模块化的设计对于软件21设计起着不可估量的作用，它将成为软件设计部分的一个重要理论基础。在本次设计中，采用上述的设计理念，根据设计要求，电池管理系统的软件系统设计可以分五部分进行设计，首先是对主控制程序的设计，它是调控系统的一个主体程序，CAN总线通信模块充当了它的连接脉络，其他的就相当于子程序的设计，主要有电压测量模块、电流测量模块、绝缘电阻测量模块。硬件工作模式下，因OZ890的工作模式必须选择为硬件工作模式，可以通过OZ890独立完成对锂电池的工作状态数据的实验性采样，值得注意的一点是在软件编程初始化时进行设置。42主控程序软件设计作为系统设计的重要组成成分之一，发挥着重要的作用，在本次设计中，是设计单片机系统中的一个软件，依据软件的分类，它应该属于固件程序软件单片机固件程序设计通常分为三个步骤系统定义、软件结构的设计、程序设计。根据系统软件和硬件的功能，首先应该是给出系统的定义，要实现什么样的功能，在此次设计中要实现OZ890通信的功能、串行通信功能、SOC估算、风扇控制和蜂鸣器控制功能。OZ890向单片机提供输入信息，比如说电池电压、电流和温度；OZ890初始化设置的信息也要传送到PC机上；单片机采集的外界温度。输出信息有发送到OZ890的参数设置信息；发送给PC机的电池信息；控制风扇和蜂鸣器的控制信息；发送给整车控制器HCU的电池状态参数、故障标志信息，如图12总体设计。图12总体设计43主程序设计流程对于系统的主程序是顺序执行和无限循环程序和不断的查询各种软件的标志，已达到处理日常事务的目的。整个程序执行的控制或协调任务都是由诸多22程序来承担的。而我们所用的电池管理系统因为其是一个实时监控系统，因此要实时查询电压、电流及温度等电池的信息，以及对各类通信的实时响应，这样系统就可以对以上响应实施控制操作，所以主程序的协调的控制的要求性就要高。为了使固件程序达到有较好的可移植性和可维护性，我们采用了采用模块化思路，所谓的模块化思路就是主体程序由主程序和中断程序这两个部分组成。初始化子程序、单片机温度采集子程序和OZ890的SMBUS通信子程序、SOC估算子程序是主程序的调用程序。而CAN中断程序和串口接收中断程序则是中断程序。图13为主程序执行流程。23图13主程序设计流程图44初始化程序的设计在单片机系统正常运行下，单片机的初始化部分非常重要，初始化是单片机执行的一段代码，它必须在主程序执行之前，其目的就是为主程序执行创造良好的运行环境目，是系统能够保证正常运行，初始化主要是使一些特殊寄存器先初始化。图14是本系统的初始化、24图14单片机初始化程序本系统采用的是12MHZ的时钟，并且其内部晶振最大震荡频率也为12MHZ为。C8051F040的端口配置着优先权开关译码器动态的方式，所以其各个端口都可以被当成通用I/O或着也可以是模拟输入。并且寄存器和引脚通过程序来实现一一对应的控制，这种I/O端口是系统配置方式变得更加灵活，并且能够是硬件布线更加方便。单片机的初始化程序步骤如下1电源管理25PCON电源控制2系统时钟和振荡器OSCXCN外部振荡器的控制OSCICN内部振荡器的控制3复位及看门狗管理RSTSRC重置源WDTCN看门狗定时器控制4FLASH存储器编程和安全管理FLSCL闪存时机预定标器PSCTL程序存储R/W控制FLACLFLASH访问限制5中断控制IE中断EIE1外部中断1EIE2外部中断2IP优先中断EIP1外部中断优先级寄存器1EIP2外部中断优先级寄存器2P3IF港口3外部中断标志45温度检测子程序的设计C8051F040的最大的一个特点就是在MCU的内部有温度传感器，因此，系统不需要任何的外部测温点路，就可以进行温度的检测，并且精准度还不错。如下图所示，我们使用的是12位SAR的ADC0，通过配置AMUX0，ADC0可工作在差分方式或单端方式，同时该通道也可以被配置为温度传感器、或者VDD或外部ADC。图15为ADC0的功能框图，及ADCO的初始代码见附录所示。26图15ADC0的功能框图ADC0的初始化代码REF0CN0X0E/电压将参考VREFAMX0P0X1E/温度传感器的输入将进入正极AMX0N0X1F/信号的使能模式ADC0CF0XF8/SAR周期0X1F46电流检测子程序的设计进行电流采样检测的程序如下图16所示，仍旧是首先进行ADC的初始化，27初始化后开始进行相关的后续动作，主要包括进入ADC检测时序，通过ADC检测过后，将结果进行转换，转换为电流值，将电流值存储并进行显示，存在全局变量汇总，如果需要继续用过CAN总线上传的话，则进入相应的上传程序，开始进行上传工作。28图16电流检测子程序流程图2947绝缘电阻检测子程序的设计如下图所示，是我们的绝缘电阻检测的，程序流程图如图17所示，其程序见附录所示。单片机工作后，开始我按照我们需要的程序开始检测。，进入ADC检测时序，通过ADC检测过后，将结果进行转换，转换为阻值，如果此时发现组织小于我们设定的安全界限，此时需要进行报警指示，告诉使用者此时的情况很危险，有漏电的可能性，同时伴随着发光二极管和蜂鸣器的声光报警系统。30图17绝缘电阻检测子程序流程图3148CAN总线通信子程序的设计481CAN的初始化CAN总线模块由协议引擎与报文缓冲和控制模块组成，再使用之前，必须进行初始化块。CAN的初始化设置，在复位模式下设置CAN为单滤波，正常模式，PELICAN模式，不屏蔽字节数据，通过ALE,RD,CS的配合控制完成初始化流程如图18所示。图18CAN的初始化流程图482CAN的发送CAN发送的流程图19主要是要检测发送区是不是满了，同时完成先准备相应SJA_ADDR地址，再在相应的SJA_ADDR地址操作送SJA_DATA数据的过程，注意我们需要通过ALE切换地址与数据位的操作。32图19CAN发送的流程图483CAN中断的接收对于CAN总线，我们主要是使用CAN总线的中断进行接受，这样才能保证实时的接收数据，以提高接收的实时性，并尽量的减少系统的时间浪费和开销。中断接收流程图如图20所示。我们使用了SJA1000进行外围扩展，初始化后开始操作。SR寄存器读取的值为0X0C，CAN发送数据子程序中写入发送寄存器的值可以从SJA1000地址96108中读出。但一旦置位CMR寄存器的自发送请33位终止发送位（0X12，SR读取值为0X44,错误捕捉寄存器值为0X03。图20中断的接收流程图INCLUDE“C8051F040H“INTCAN_FLAG/定义标志寄存器/初始化子程序VOIDINITCANTRISBTRISB|0X08/设置CANRX/RB3为输入，CANTX/RB2为输出/设置CAN的波特率为125K，在FOSC4M时，TBIT8US，假设BRP01H/则TQ2（1BRP）/FOSC2（11）/41US。/NOMINALBITRATE8TQ，SJW1，SYNC_SEG1TQ,PROG_SEG1TQ,PHASE_SEG13TQ,PHASE_SEG23TQCANCON0X80/请求进入CAN配置模式REQOP100WHILECANSTAT/等待进入CAN配置模式OPMODE100BRGCON10X01/设置SJW和BRP，SJW1TQ，BRP01HBRGCON20X90/设置PHASE_SEG13TQ和PROG_SEG1TQBRGCON30X42/设置PHASE_SEG23TQ/设置发送邮箱0标识符号和发送的数据34TXB0CON0X03/发送优先级为最高优先级，TXPRI11TXB0SIDH0XFF/设置发送缓冲器0的标准标识符，本程序采用标准识符TXB0SIDL0XE0TXB0DLC0X08/设置数据长度为8个字节TXB0D00X00/写发送缓冲器数据区的数据TXB0D10X01TXB0D20X02TXB0D30X03TXB0D40X04TXB0D50X05TXB0D60X06TXB0D70X07/设置接收邮箱0的标识符和初始化数据RXB0SIDH0XFF/设置接收缓冲器0的标识符RXB0SIDL0XE0RXB0CON0X20/仅仅接收标准标识符的有效信息，FILHIT00表示RXB0采用FILTER0RXB0DLC0X08/设置接收缓冲器0的数据区长度RXB0D00X00/初始化接收缓冲器0的数据区数据RXB0D10X00RXB0D20X00RXB0D30X00RXB0D40X00RXB0D50X00RXB0D60X00RXB0D70X00/初始化接收滤波器0和接收屏蔽，RXF0SIDH0XFFRXF0SIDL0XE0RXM0SIDH0X00RXM0SIDL0X00/初始化CAN模块的I/O控制寄存器/CIOCON0X00/使CAN进入某种工作模式模式CANCON0X00/0X40,进入自测试模式0X00,正常操作模式WHILECANSTAT/WHILECANSTAT/初始化CAN的中断PIR30X00/清所有中断标志PIE30X01/使能接收缓冲器0的接收中断IPR30X01/接收缓冲器0的接收中断为最高优先级/接收缓冲器0接收中断服务程序PRAGMAINTERRUPTCAN_ISRPRAGMACODELOW_ISR0X1835VOIDLOW_ISR_ASMGOTOCAN_ISR_ENDASMPRAGMACODEVOIDCAN_ISRIFPIR3BITSRXB0IF1CAN_FLAG1PIR3BITSRXB0IF0/清接收中断标志RXB0CONBITSRXFUL0/打开接收缓冲器来接收新信息/主程序CAN总线收发编程MAININTCON0X00/禁止所有中断INITCANWDTCON0/1,看门狗使能0,禁止看门狗INTCON0XC0/使能中断WHILE1TXB0CONBITSTXREQ1/请求发送,TXREQ1WHILEPIR3BITSTXB0IF1/等待发送完成WHILECAN_FLAG0/等待接收数据CAN_FLAG0/清接收到标志TXB0CONBITSTXREQ0/禁止发送TXB0D0RXB0D01/用接收数据加1来更新发送数据TXB0D1RXB0D11TXB0D2RXB0D21TXB0D3RXB0D31TXB0D4RXB0D41TXB0D5RXB0D51TXB0D6RXB0D61TXB0D7RXB0D7136结束语本文立足于当前现状，分析了当前的国内外形势，也就是随着经济的发展，电力电子设备的更新速度更是突飞猛进，然而传统的能源煤，石油，天然气的储量却在日渐减少，这样带来的能源问题就引起了广大用户的关注，作为生活中的重要组成部分，汽车越来越被称为了生活得必需品,能源的减少引发了汽车动力的改革。而以电能代替传统的汽油的汽车便走入了广大人们的视野中，它的优点很多，最重要的是它不排放任何有毒的尾气气体。新能源汽车是指的以电能代替传统的汽油的汽车便走进了人们的视野中，它污染小，对周围的影响也小，缓解了人们在交通日常生活中对大气造成的污染。电动汽车的主要特色就是它的电池工程，而对电池的管理系统也就成了时下研究的热点。电池管理系统作为电动汽车上不可缺少的一部分，在对电动车的电池管理，充放电控制，电池监控等方面有着很重要的作用。我在本毕业设计中也应用了CAN的技术，它在电子领域和汽车技术方面有着重要的意义也有着广泛的应用，它的通信是非常的
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