專利名稱：：一種基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及車用超級電容的監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是一種基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：超級電容監(jiān)測系統(tǒng)是采用超級電容器作為動力電源的車輛的一項關(guān)鍵技術(shù)。為使超級電容在各種工作條件下獲得最佳的性能，需要高性能、高可靠性的監(jiān)測系統(tǒng)，這種監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崟r監(jiān)測超級電容狀態(tài)，如電壓、充放電電流、使用溫度等，并預(yù)測超級電容內(nèi)阻、容量，防止過充過放，從而達(dá)到提升超級電容使用性能和壽命，提高車輛的可靠性和安全性的目的，但是現(xiàn)有技術(shù)中的超級電容監(jiān)測系統(tǒng)還難以達(dá)到以上的目的。ICAN協(xié)議是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司自主研發(fā)的一種基于CAN-bus連接的應(yīng)用層協(xié)議，是整個iCAN系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。iCAN協(xié)議具有簡單、易用，可靠等諸多優(yōu)點，已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。制定iCAN協(xié)議的思路源自于為中國中小型CAN-bus應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供一種簡單、可靠、穩(wěn)定的應(yīng)用層協(xié)議，在充分汲取了DeviceNet協(xié)議和CANopen協(xié)議之精萃的基礎(chǔ)上，優(yōu)先保障通訊數(shù)據(jù)的可靠性與實時性，以相對簡單的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而有效降低硬件實現(xiàn)成本。iCAN為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種易于構(gòu)建的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備(傳感器、儀表等)與管理設(shè)備(工控機(jī)、PLC等)之間的連接提供了一種低成本的解決方案。iCAN協(xié)議詳細(xì)的定義了CAN報文中ID以及數(shù)據(jù)的分配和應(yīng)用，并定義了設(shè)備的i/o資源和訪問規(guī)則。iCAN協(xié)議通訊層結(jié)構(gòu)如圖l所示。iCAN協(xié)議規(guī)范主要描述了以下的內(nèi)容iCAN報文格式定義規(guī)定了iCAN協(xié)議中使用的CAN幀類型、以及幀ID、報文數(shù)據(jù)的使用等。報文傳輸協(xié)議規(guī)定了基于i,CAN協(xié)議的設(shè)備之間的通訊方式。設(shè)備的定義設(shè)備標(biāo)識、設(shè)備應(yīng)用單元、設(shè)備通訊以及應(yīng)用參數(shù)以及定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型，區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備具有的不同功能或者產(chǎn)品類型。網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)定了設(shè)備通訊監(jiān)控以及錯誤管理。iCAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)符合CAN的高速標(biāo)準(zhǔn)[IS099-2]規(guī)定，iCAN網(wǎng)絡(luò)最多支持64個節(jié)點，節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)線纜之間用分支線連接。在實標(biāo)應(yīng)用時要求網(wǎng)絡(luò)中的分支線盡可能短，在lMbps速率下，分支線最長為0.3m，在速率較低的情況下，分支線可以延長。iCAN網(wǎng)絡(luò)最大的通訊距離與網(wǎng)絡(luò)中的通訊速率相關(guān)，下面表格1為iCAN網(wǎng)絡(luò)中位速率和最大總線長度之間的關(guān)系。表格l位速率和最大總線長度位速率/kbps1000500250125100502010最大距離/m40130270530620130033006700iCAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的編址在iCAN協(xié)議規(guī)范中，對于網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點均有一個唯一的標(biāo)識值MACID，用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中不同的設(shè)備。MACID的數(shù)值范圍定義見下表格2:表格2MACID數(shù)值范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在iCAN網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點均有特定的MACID，因此在iCAN網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換是基于對節(jié)點的尋址實現(xiàn)的。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，通過報文的標(biāo)識符進(jìn)行信息的區(qū)分，因此可以通過報文的各種標(biāo)示符分配來達(dá)到建立信息的連接目的。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)腃AN數(shù)據(jù)幀包含了目的地，以及節(jié)點的源地址。因此，每個幀都是發(fā)往7個指定的節(jié)點或一組節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通過判斷網(wǎng)絡(luò)報文中的節(jié)點地址，決定是否對報文進(jìn)行處理。此外iCAN協(xié)議還保留了特定的地址對一組節(jié)點或所有節(jié)點(廣播)進(jìn)行尋址并進(jìn)行幀傳輸。而iCAN協(xié)議基于節(jié)點尋址的通訊方式是通過連接和確認(rèn)的數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)。iCAN是基于連接的通訊協(xié)議，基于iCAN協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)為主從式的網(wǎng)絡(luò)。在iCAN網(wǎng)絡(luò)中通常有一個主控設(shè)備，具有管理網(wǎng)絡(luò)上其他的設(shè)備，并監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)的功能。各從設(shè)備之間并不能夠進(jìn)行通訊。iCAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的通訊是基于連接的。在這里連接就好比一座橋梁一樣，起到溝通主站設(shè)備和從站設(shè)備的作用。在網(wǎng)絡(luò)中任何一個參與通訊的從站設(shè)備都必須和主站設(shè)備之間建立一個獨立的通訊連接。正由于iCAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的通訊是基于連接的，這樣也為對任何一個設(shè)備的通訊進(jìn)行監(jiān)控提供了可能。在iCAN網(wǎng)絡(luò)中，主控設(shè)備和從設(shè)備之問的通訊并不能夠隨機(jī)進(jìn)行。主控設(shè)備和從設(shè)備之間必須首先建立一個通訊連接。建立連接后，主控設(shè)備才能夠與從設(shè)備進(jìn)行通訊。在軟件設(shè)計和開發(fā)方面，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司為用戶提供專用的開發(fā)工程模板，大大簡化了用戶的軟件開發(fā)過程。工控模塊中己經(jīng)固化了文件系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、USB協(xié)議棧、iCAN庫、基礎(chǔ)驅(qū)動庫以及pC/OS-I1操作系統(tǒng)等，因此用戶不需對^c/os-n內(nèi)核進(jìn)行配置，只能使用已設(shè)置好的配置信息。主要的軟件開發(fā)工具為ADSvl.2，ARMADS全稱為ARMDeveloperSuite,是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具。ADS由命令行開發(fā)工具，ARM時實庫，GUI開發(fā)環(huán)境(CodeWarrior和AXD)，實用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己的開發(fā)應(yīng)用程序了。該ADS軟件自身帶有AXD調(diào)試器軟件，支持查看正在運(yùn)行的可執(zhí)行代碼的變量和斷點的控制等調(diào)試操作，方便的調(diào)試目標(biāo)程序，提高程序開發(fā)效率。如圖2所示，為監(jiān)測系統(tǒng)主節(jié)點的軟件流程圖。主節(jié)點的軟件設(shè)計采用模塊化編程，系統(tǒng)軟件主要分為主程序、數(shù)據(jù)采集(電壓、電流)處理程序、報警處理、J1939報文通訊、iCAN掃描通訊程序。主程序為系統(tǒng)控制程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行初始化(包括系統(tǒng)自檢、讀取本節(jié)點地址、電容電壓種類)和各模塊軟件的總體調(diào)度。如圖3所示，為監(jiān)測系統(tǒng)子節(jié)點的軟件流程圖。子節(jié)點的數(shù)據(jù)采集處理程序包括電壓采集和溫度采集。由于DS18S20的溫度轉(zhuǎn)換時間較長(750ms)，所以每次采集先進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、電壓采集，再進(jìn)行溫度的采集。溫度轉(zhuǎn)換和電壓采集同步進(jìn)行。每一輪采集后要將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷是否超過限定值。iCAN通信程序負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN控制器，再由CAN控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線。主要的子程序有CAN初始化、CAN發(fā)送、CAN接收、ADC子程序，DS18S20的復(fù)位、啟動等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是以iCAN協(xié)議為基礎(chǔ)，提供一種智能化程度高、測量準(zhǔn)確的車用超級電容監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的-一種基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點、電容檢測子節(jié)點、LCD診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有分別與各電容檢測子節(jié)點連接，并通過符合SAEJ1939協(xié)議的CAN總線與車輛的儀表系統(tǒng)連接。系統(tǒng)由l個監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點和30個子節(jié)點組成。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有總電流測量接口和總電壓測量接口，分別連接電流傳感器和電壓傳感器，檢測超級電容器組的總電流和總電壓；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點連接液晶顯示診斷儀；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點還可有繼電器接口。各子節(jié)點分別檢測各個超級電容的電壓；且與各個電容的溫度傳感器連接，以檢測電容表面溫度；各子節(jié)點與主節(jié)點進(jìn)行iCAN網(wǎng)絡(luò)通訊。由于采用了以上的技術(shù)方案，本發(fā)明基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)具有智能化程度高、測量準(zhǔn)確、能及時發(fā)現(xiàn)超級電容器組存在的早期故障的優(yōu)點，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，具有實時響應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可移植性。圖1表示iCAN協(xié)議的通信層結(jié)構(gòu)。圖2表示監(jiān)測系統(tǒng)主節(jié)點的軟件流程圖。圖3表示監(jiān)測系統(tǒng)子節(jié)點的軟件流程圖。圖4是本發(fā)明的基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。具體實施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中己有的相關(guān)部件，并將省略對這些公知部件的描述。圖4所示的是根據(jù)本發(fā)明基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)控系統(tǒng)的一種具體實施例方式包括監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點、電容檢測子節(jié)點、液晶顯示LCD診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)。本具體實施例的監(jiān)測系統(tǒng)由1個主節(jié)點和30個子節(jié)點組成。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點分別與各電容檢測子節(jié)點連接，并具有SAEJ1939協(xié)議CAN總線接口，與車輛的儀表系統(tǒng)連接。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點設(shè)置有總電壓測量接口，檢測超級電容器組的總電壓?？赏饨覰CV1-1000V電壓傳感器測量(0-650V，±5V)直流電壓；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點設(shè)置有總電流測量接口，檢測超級電容器組的總電流。輸入電流0-120mA，可外接NT300-S電流傳感器測量(額定電流300士3A，最大測量范圍士30pA)直流電流；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點支持320x240單色液晶屏LCD診斷儀，用于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸入報警門限參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點連接2路繼電器干接點輸出，可驅(qū)動2個風(fēng)機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)的每個子節(jié)點與主節(jié)點之間可進(jìn)行iCAN網(wǎng)絡(luò)通訊，子節(jié)點可檢測18個電容的電壓，檢測電壓范圍0-5V，誤差〈0mV;每個監(jiān)控系統(tǒng)子節(jié)點均有1路溫度輸入用于檢測電容表面溫度，范圍0-100。c，誤差〈rc。監(jiān)控系統(tǒng)供電參數(shù)DC24V，2A。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)、點以LPC2368為控制器。LPC2368使用一個高性能的32位ARM7內(nèi)核，可以在高達(dá)72MHz的頻率下操作。LPC2368含有高達(dá)512KB的片內(nèi)Flash和58KB的片內(nèi)SRAM存儲器，包含1個10/100EthernetMAC接口、1個USB2.0全速(12Mbps)設(shè)備、2路CAN2.0B通道、1個通用DMA控制器、1個10位的A/D轉(zhuǎn)換器和1個10位的D/A轉(zhuǎn)換器。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點的外圍模塊包括總電壓檢測模塊、總電流檢測模塊、輸出繼電器模塊、電源隔離模塊等。二路CAN接口模塊LPC2368內(nèi)置，實現(xiàn)iCAN，J1939通訊。本技術(shù)方案利用LPC2368的IAP功能，將配置參數(shù)保存在片內(nèi)Flash中。檢測子節(jié)點以LPC2119為控制器，內(nèi)置CAN接口模塊。外圍模塊包括-溫度測量模塊、電壓測量模塊。LPC2119的電壓測量模塊將串連電容的各節(jié)電池端電壓經(jīng)模擬開關(guān)分別引入分壓電路進(jìn)行處理，再經(jīng)電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換后送入ADC的差分輸入端，轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量輸出經(jīng)隔離后到單片機(jī)的PI口。溫度測量模塊溫度測量模塊采用美國DALLAS公司推出的DS18S20系列單線數(shù)字溫度計，只需要一根導(dǎo)線就可將單片機(jī)和DS18S20連接起來。為充分利用LPC2119的接口資源，均采用串行接口器件，這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。電容監(jiān)測系統(tǒng)作為整車的一部分，經(jīng)常受到各種電磁干擾。其實際的工作環(huán)境比較惡劣，有必要在硬件設(shè)計上采取一定的抗干擾措施。1、抑制干擾源。電動汽車上電機(jī)設(shè)備中的IGBT和功率二極管工作時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，應(yīng)加強(qiáng)屏蔽。，2、隔離供電。電容監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中采用若干DC/DC變換模塊，提供穩(wěn)定的隔離電源，對不同子系統(tǒng)分別供電，可以有效地消除電源干擾和共地產(chǎn)生的干擾。3、光電隔離。在電容監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中，采用光電耦合器將外部通信接口(CAN通信、RS232通信)與內(nèi)部CPU電路隔離開來，阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。本說明書中所述的只是本發(fā)明的一種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點、電容檢測子節(jié)點、液晶顯示診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有分別與各電容檢測子節(jié)點連接，并通過符合SAEJ1939協(xié)議的CAN總線與車輛的儀表系統(tǒng)連接。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有總電流測量接口和總電壓測量接口，分別連接電流傳感器和電壓傳感器，檢測超級電容器組的總電流和總電壓；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點連接液晶顯示診斷儀；各子節(jié)點分別檢測各個超級電容的電壓；且與各個電容的溫度傳感器連接，以檢測電容表面溫度；各子節(jié)點與主節(jié)點進(jìn)行iCAN網(wǎng)絡(luò)通訊。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點還可有繼電器接口，與風(fēng)機(jī)連接。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點以LPC2368為控制器，監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點的外圍模塊包括總電壓檢測模塊、總電流檢測模塊、輸出繼電器模塊、電源隔離模塊；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點有兩路CAN接口，一路連接J1939協(xié)議，一路連接iCAN協(xié)議。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于檢測子節(jié)點以LPC2119為控制器，內(nèi)置CAN接口模塊；外圍模塊包括溫度測量模塊、電壓測量模塊。檢測子節(jié)點的電壓測量模塊將串連電容的各節(jié)電池端電壓經(jīng)模擬開關(guān)分別引入分壓電路進(jìn)行處理，再經(jīng)電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換后送入ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的差分輸入端，轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量輸出經(jīng)隔離后到LPC2119控制器的PI口；溫度測量模塊溫度測量模塊采用美國DALLAS公司推出的DS18S20系列單線數(shù)字溫度計；采用串行接口器件與LPC2119的接口相連接。全文摘要本發(fā)明一種基于iCAN協(xié)議的分布式超級電容監(jiān)測系統(tǒng)，涉及車用超級電容的監(jiān)控系統(tǒng)。包括監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點、電容檢測子節(jié)點、液晶顯示診斷儀和CAN總線網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有分別與各電容檢測子節(jié)點連接，并通過符合SAEJ1939協(xié)議的CAN總線與車輛的儀表系統(tǒng)連接。監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點具有總電流測量接口和總電壓測量接口，分別連接電流傳感器和電壓傳感器，檢測超級電容器組的總電流和總電壓；監(jiān)控系統(tǒng)主節(jié)點連接液晶顯示診斷儀；各子節(jié)點分別檢測各個超級電容的電壓；且與各個電容的溫度傳感器連接，以檢測電容表面溫度；各子節(jié)點與主節(jié)點進(jìn)行iCAN網(wǎng)絡(luò)通訊。本發(fā)明以iCAN協(xié)議為基礎(chǔ)，是一種智能化程度高、測量準(zhǔn)確的車用超級電容監(jiān)測系統(tǒng)。文檔編號G01K7/00GK101576589SQ200910057119公開日2009年11月11日申請日期2009年4月24日優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日發(fā)明者黎華,梁全順,龔正大申請人:上海潤通電動車技術(shù)有限公司;上海奧威科技開發(fā)有限公司