1 智能配電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　該配電系統(tǒng)分為三個(gè)部分：配電終端，智能配電管理器和車輛管理終端，如圖1所示。配電終端主要是用于28 V設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控。　　

　　由于特種車輛的用電設(shè)備的功率比較小，配電終端內(nèi)部采用低導(dǎo)通電阻的快速M(fèi)OSFET來控制用電設(shè)備的通斷。并且采用電流、電壓檢測(cè)和短路保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障的自動(dòng)保護(hù)和故障完全隔離。另外，配電終端具有存儲(chǔ)記憶功能，能夠記憶設(shè)備故障時(shí)的記錄信息。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和配電系統(tǒng)的數(shù)字化，配電終端采用了控制器LPC935和低成本、易開發(fā)的的LIN總線。由于特種車輛具有大量的感性負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流過大，電流瞬間可能超過額定電流的5～10倍，配電終端采用限流啟動(dòng)方式。考慮到全車用電設(shè)備數(shù)量眾多，配電終端采用模塊化設(shè)計(jì)，一個(gè)主要用電設(shè)備配備一個(gè)配電終端，智能配電管理器負(fù)責(zé)管理每個(gè)配電終端。

　　智能配電管理器主要負(fù)責(zé)管理配電終端的用電設(shè)備，對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)智能配電管理器提供雙冗余CAN通道與車輛其他管理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)整車電氣系統(tǒng)的數(shù)字化管理。

　　智能配電管理器主要部分包括：鍵盤和觸摸屏輸入，LCD顯示，雙冗余CAN接口和LIN接口，I/O輸入、輸出、測(cè)試、配置和故障檢測(cè)接口和備份信息存儲(chǔ)部分。由于智能配電管理器功能復(fù)雜，考慮到控制的實(shí)時(shí)性和用電設(shè)備的數(shù)量眾多，在硬件平臺(tái)上，采用32位微處理器LPC2119。LPC2119具有雙CAN控制器，兩個(gè)UART、豐富的I/0資源和內(nèi)置的RAM和FLASH存儲(chǔ)器。觸摸屏采用ADS7846控制器，LCD選型上支持觸摸屏操作的TFT真彩屏，信息存儲(chǔ)采用8 KB鐵電FLASH，鍵盤采用專用鍵盤管理芯。在軟件平臺(tái)上，選用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ。

　　2 車輛智能配電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 配電終端應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)制和原理

　　配電終端的程序處理流程如圖2所示。　　

　　配電終端軟件利用四路A/D采集輸入端的電壓、輸出端的電壓、電流和溫度，同時(shí)對(duì)采集的數(shù)字量進(jìn)行濾波處理，從而實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的過壓，欠壓、過流和溫度故障保護(hù)。短路保護(hù)采用硬件處理方式，如果檢測(cè)到短路硬件自動(dòng)關(guān)斷MOSFET管，并且把短路信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的I/O輸入口，以便單片機(jī)對(duì)短路的識(shí)別、判斷。外部控制接口采用I/O輸人口檢測(cè)，同時(shí)對(duì)外部控制信號(hào)采用數(shù)字濾波處理。配電終端的信息備份采用LPC935內(nèi)部的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。為了防止運(yùn)行參數(shù)在設(shè)置參數(shù)點(diǎn)附近波動(dòng)，軟件采用參數(shù)設(shè)置點(diǎn)回歸處理。

　　為了實(shí)現(xiàn)配電終端的數(shù)字量輸出和配電系統(tǒng)的數(shù)字化控制，配電終端采用LIN總線通信，并且在LIN應(yīng)用層協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)LIN 1.2協(xié)議。由于LIN總線屬于完全主從模式，為了智能配電管理能夠正確地訪問每一個(gè)配電終端，在系統(tǒng)上電時(shí)采用自動(dòng)分配地址的處理方法，由配電管理器為每個(gè)終端分配惟一地址。在軟件上，LIN通信數(shù)據(jù)采用CRCl6校驗(yàn)，從而保證設(shè)備的工作正常。

　　2.2 配電管理器應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)制和原理

　　該系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ作為配電管理器端的軟件平臺(tái)，μC/OS-Ⅱ源代碼開放、內(nèi)核小、移植方便，易于開發(fā)。配電管理器端的每個(gè)功能可以作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)來實(shí)現(xiàn)，這大大地增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可靠性、穩(wěn)定性。

　　2.2.1 配電管理器應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)的如何協(xié)調(diào)工作運(yùn)行過程如圖3所示。　　

　　嵌入式配電管理端的軟件主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的讀取和設(shè)定、人機(jī)交互功能、用電設(shè)備的監(jiān)控功能、CAN、LIN通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋ＴO(shè)備參數(shù)的讀取和設(shè)定功能提供了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備參數(shù)的修改，也可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端來修改。認(rèn)證的信息和設(shè)備參數(shù)保存在鐵電FLASH存儲(chǔ)器中。該系統(tǒng)采用了4×4鍵盤、觸摸屏和LCD顯示作為系統(tǒng)信息的輸入和輸出接口。

　　2.2.2 雙CAN冗余實(shí)現(xiàn)的機(jī)制和原理

　　為了保證整車電氣系統(tǒng)的數(shù)字化管理的穩(wěn)定性和可靠性，在配電系統(tǒng)的對(duì)外通信接口采用性能穩(wěn)定、工作可靠的CAN總線，同時(shí)，為了保證整車電氣系統(tǒng)通信的可靠性和異常的處理，配電系統(tǒng)采用雙冗余CAN總線。雙CAN冗余通信流程圖如圖4所示。　　

　　CAN總線通信程序包括數(shù)據(jù)傳輸和總線管理兩個(gè)功能塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)的功能包括CAN初始化、CAN濾波的設(shè)計(jì)、CAN報(bào)文發(fā)送和CAN報(bào)文接收。

　　總線管理功能塊實(shí)現(xiàn)的功能主要是總線檢測(cè)，判斷CAN是否存在故障，若有故障，則進(jìn)入另一路總線檢測(cè)；若冗余總線良好，則采用冗余總線通信。

　　CAN的通信數(shù)據(jù)分為命令數(shù)據(jù)的接收、命令的響應(yīng)以及故障狀態(tài)的自動(dòng)上報(bào)。

　　命令數(shù)據(jù)的接收和處理主要接收車輛其他管理終端的命令，執(zhí)行用電設(shè)備的綜合管理。在配電管理器檢測(cè)到用電設(shè)備故障時(shí)，自動(dòng)上報(bào)給其他管理終端，以便實(shí)現(xiàn)車輛配電的綜合管理和數(shù)字化。同時(shí)可以設(shè)定用電設(shè)備的優(yōu)先級(jí)，配電管理器按照設(shè)定的優(yōu)先級(jí)合理控制用電設(shè)備。

　　在向其他管理終端發(fā)送報(bào)文時(shí)，按CAN協(xié)議格式將報(bào)文內(nèi)容填入CAN發(fā)送緩沖區(qū)，啟動(dòng)發(fā)送命令，將報(bào)文發(fā)送出去。如果不能成功發(fā)送，則進(jìn)行總線故障處理，等待超時(shí)后自動(dòng)調(diào)用冗余通道，用冗余通道來發(fā)送。如果冗余通道也出現(xiàn)故障，則進(jìn)人故障處理，故障報(bào)警并退出。

　　3 結(jié) 語

　　該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成果的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)車輛配電系統(tǒng)的不足，實(shí)現(xiàn)整車配電系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化，具有人性化的一面，這樣的設(shè)計(jì)突破了以前老系統(tǒng)的一些死板的程序，新的程序讓機(jī)器更加快捷的運(yùn)行。