【摘要】在電動(dòng)車行駛或測(cè)試工程中，駕駛員需要了解電動(dòng)車的具體行車狀態(tài)，測(cè)試電動(dòng)車的各項(xiàng)參數(shù)是否正?；蚴欠襁_(dá)到達(dá)到各個(gè)部件預(yù)期設(shè)計(jì)的參數(shù)的，從而設(shè)計(jì)一款電動(dòng)車記錄儀。通過(guò)安裝在電動(dòng)車上的傳感器感應(yīng)電動(dòng)車的行車參數(shù)后傳遞給控制器，通過(guò)采集運(yùn)算后得到電流、電壓、功率和電能值，并把這些數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)盤，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到1秒鐘存儲(chǔ)一次。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式保存為XLS文件，方便數(shù)據(jù)導(dǎo)出、打印和分析，一次行車或試車就能保存到大量數(shù)據(jù)供技術(shù)人員分析，并檢測(cè)行車的安全。

【關(guān)鍵詞】檢測(cè);電能值;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

Abstract：In electric vehicles or test engineering，drivers need to be aware of the specific of the electric vehicle driving state，test the parameters of electric vehicles is normal or if the parts desired design parameter，to design a electric vehicle data recorder.By sensors installed in electric vehicle induction electric driving runnin controller parameters，current，voltage，power is obtained by acquisition after operation and power value，and save the data in storage，storage data stores a reaches 1 second.Convenient data storage format for the.xls files，data export，print，and analysis of a vehicle or test can be saved to a large amounts of data for the analysis of technical personnel，and test driving safety.

Key words：Detection;Electric power value;Data store

1.引言

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，使人民的生活水平不斷提高，生活節(jié)奏明顯加快。此時(shí)節(jié)能環(huán)保的電動(dòng)車應(yīng)運(yùn)而生，成了許多人代步的主要工具，同時(shí)電動(dòng)車的行車安全成了許多人的焦慮，記錄電動(dòng)車檢測(cè)的數(shù)據(jù)就顯得尤為重要了。

電動(dòng)車記錄儀的誕生更加增加的人們的擔(dān)憂，各式各樣的記錄儀都注重了外在的東西，忽略了記錄儀本身記錄數(shù)據(jù)的重要性，鑒于這種環(huán)境下設(shè)計(jì)了這樣一款側(cè)重記錄電動(dòng)車數(shù)據(jù)的記錄儀，主要目的是記錄指標(biāo)數(shù)據(jù)與測(cè)試數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比，從而改進(jìn)電動(dòng)車節(jié)能裝置和動(dòng)力設(shè)備。通過(guò)大量的精確的數(shù)據(jù)記錄來(lái)分析電動(dòng)車的安全性能，同時(shí)也給電動(dòng)車的改進(jìn)提供了有效的參考依據(jù)。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示。系統(tǒng)由GPS模塊、車體數(shù)據(jù)檢測(cè)、霍爾傳感器、存儲(chǔ)模塊和控制按鍵組成。GPS模塊采用VK1513，它是基于NMEA-0183的標(biāo)準(zhǔn)通信格式，通過(guò)它可以知道電動(dòng)車定位信息，行駛速度，行駛路程，行駛坡度不同時(shí)的數(shù)據(jù)，可以方便測(cè)試耗能與坡度的關(guān)系。

車體數(shù)據(jù)檢測(cè)采用電能測(cè)量芯片CS5460A，它是一個(gè)包含兩個(gè)ΔΣ模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高度集成的ΔΣ模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測(cè)量和計(jì)算有功電能、瞬時(shí)功率、IRMS和VRMS，可用于單相2 線或3 線電表。CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器測(cè)量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測(cè)量電壓。

車速檢測(cè)電路采用霍爾傳感器與相關(guān)電路，速度檢測(cè)采用雙檢測(cè)，GPS檢測(cè)與霍爾檢測(cè)，確保速度準(zhǔn)確，在沒有GPS的環(huán)境下也能檢測(cè)行車速度，真確記錄。

存儲(chǔ)模塊采用BP375A，支持符合USB 相關(guān)規(guī)范基于Bulk-Only傳輸協(xié)議的各種U 盤/閃存盤/外置硬盤，支持文件系統(tǒng)FAT16及FAT32，文件操作功能：支持新建、刪除、讀寫數(shù)據(jù)，打開關(guān)閉文件等。SPI接口，支持3.3V電平。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制器的分析

控制器采用STC12C5A60S2作為控制器，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D（250K/S，即25萬(wàn)次/秒）轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。在這里還用到兩個(gè)通用全雙工異步串行口。

圖2 輸入電壓濾波特性

圖3 輸入電流濾波特性

表1 差模輸入電壓與輸出編碼

輸入電壓（DC） 輸出編碼

（16進(jìn)制） 輸出編碼

（10進(jìn)制）

+250mV 7FFFF 8388607

14.9nV至44.7nV 000001 1

-14.9nV至14.9nV 000000 0

-44.7nV至-14.9nV FFFFFF -1

-250mV 800000 -8388608

3.2 數(shù)據(jù)采集

在采集數(shù)據(jù)上用CS5460A是專為功率測(cè)量進(jìn)行了優(yōu)化，采用電流互感器相連來(lái)測(cè)量電流;與分壓電阻或電壓互感器相連來(lái)測(cè)量電壓。為適應(yīng)不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個(gè)增益可編程放大器（PGA），使輸入電平滿量程可選擇為±250mVRMS 或±50mVRMS。電壓通道的PGA可適應(yīng)250mV 的輸入電壓范圍。對(duì)于VA+和VA-兩端接單+5V電源的情況，兩個(gè)通道的差模輸入引腳間所加的共模+信號(hào)電壓為-0.25V到+5V。另外，設(shè)計(jì)時(shí)可以在某一個(gè)通道或兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)雙端差模輸入，此時(shí)輸入信號(hào)的共模電壓加在AGND上。CS5460A 每通道都有一個(gè)高速數(shù)字濾波器，將兩個(gè)ΔΣ調(diào)制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以（MCLK/K）/1024的字輸出速率（OWR）輸出24位數(shù)據(jù)。如圖2、圖3所示。

濾波后瞬態(tài)電壓和電流的數(shù)字量將基于DC偏移量寄存器（進(jìn)行加法運(yùn)算）和增益寄存器（進(jìn)行乘法運(yùn)算）進(jìn)行偏移量/增益調(diào)整。

表1設(shè)定了差模輸入電壓（電壓通道輸入端“+”“-”引腳間的電壓）和相應(yīng)的瞬態(tài)電壓寄存器輸出編碼之間的關(guān)系。當(dāng)電流通道的PGA增益置于“10X”時(shí)，該表也適用于電流通道。

圖4 存儲(chǔ)系統(tǒng)框圖

最小識(shí)別電壓是14.9nV，最小間隔電壓是15nV，可以很精確的測(cè)量到實(shí)際的電壓值。

3.3 控制U盤的硬件電路

本設(shè)計(jì)采用PB375A對(duì)U盤進(jìn)行控制，PB375A的供電是5V，但是IO口的電平是3.3V，所以PB375A與5V單片機(jī)連接時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換到3.3V。在操作PB375A時(shí)，需要些上電等待時(shí)間。串口操作時(shí)，需要在上電前將COMMMODE接地則表示串口操作模式，在數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)之間加幾個(gè)us的延時(shí)。如圖4所示。

圖6 程序流程圖

3.4 GPS模塊

VK1513是一個(gè)高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊，采用串口方式與控制器通信。該協(xié)議采用ASCII碼，其串行通信默認(rèn)參數(shù)為：波特率=9600bps，數(shù)據(jù)位=8bit，開始位=1bit，停止位=1bit，無(wú)奇偶校驗(yàn)。按鍵控制電路采用獨(dú)立按鍵。如圖5所示。

4.軟件設(shè)計(jì)

程序流程圖如圖6所示。

5.系統(tǒng)測(cè)試

通過(guò)各個(gè)模塊測(cè)試后，真題系統(tǒng)調(diào)試，試車測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)的其中兩組見表2。

當(dāng)沒插入U(xiǎn)盤的時(shí)候，紅色指示燈點(diǎn)亮，表示其他操作無(wú)效。當(dāng)插入U(xiǎn)盤時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)U盤存在，這時(shí)紅色指示燈熄滅，綠色指示燈點(diǎn)亮，說(shuō)明可以進(jìn)行操作。當(dāng)測(cè)試時(shí)想要定位有用的信息時(shí)，要觀測(cè)定位指示燈是否亮起，如果是熄滅的狀態(tài)，表示這時(shí)定位無(wú)效，但是其他信息依然有效。

最后經(jīng)過(guò)整體調(diào)試，達(dá)到想要目標(biāo)。上電綠指示燈亮起，U盤存在。按鍵第一次按下，創(chuàng)建XLS文件保存基本數(shù)據(jù)，創(chuàng)建之后接收系統(tǒng)的各種有用數(shù)據(jù)，通過(guò)處理以每秒一次的速度存入U(xiǎn)盤，再次按下按鍵，關(guān)閉文件并停止數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。拔下U盤，通過(guò)電腦觀察U盤中創(chuàng)建了以時(shí)間為名的XLS文件，打開文件數(shù)據(jù)如上述格式存入XLS文件中。

6.總結(jié)

本設(shè)計(jì)以方便電動(dòng)車測(cè)試制作的檢測(cè)器，對(duì)電動(dòng)車快速研發(fā)有一定的幫助，能很方便應(yīng)用到實(shí)際中，可以通過(guò)實(shí)際需要作進(jìn)一步的改進(jìn)，使它更貼近實(shí)際發(fā)揮它的作用。

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作者簡(jiǎn)介：楊振雷（1982—），男，工學(xué)學(xué)士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：無(wú)線通訊，工業(yè)控制，無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)等。