李文萱，馮巧紅，趙新華

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽滁州239000）

電動(dòng)汽車分布式能量管理系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)與研究

李文萱，馮巧紅，趙新華

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽滁州239000）

能源危機(jī)與環(huán)境污染促進(jìn)了新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，文章主要對(duì)電動(dòng)汽車分布式能量管理系統(tǒng)中的測(cè)試模塊和監(jiān)測(cè)和顯示模塊進(jìn)行了研究設(shè)計(jì).分析了分布式能量管理系統(tǒng)的程序、P89C669的PWM占空比計(jì)算和能量管理系統(tǒng)液晶模塊漢字顯示方法.

電動(dòng)汽車；分布式；能量管理系統(tǒng)

19世紀(jì)80年代法國(guó)人古斯塔夫·特魯伊夫在汽車上首次運(yùn)用了直流電機(jī)和充電電池，商業(yè)出租是電動(dòng)汽車開始的應(yīng)用，隨之進(jìn)入一段繁榮時(shí)期.但由于電動(dòng)汽車存在諸多缺點(diǎn)，比如電池充電時(shí)間比較長(zhǎng)、續(xù)駛里程比較短、電池組價(jià)格比較貴、后期維護(hù)麻煩等都阻礙了電動(dòng)汽車更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，最終變得慢慢蕭條.電動(dòng)汽車要想得到長(zhǎng)足發(fā)展必需解決兩大關(guān)鍵部分，即能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).

隨著人們生活的富足，汽車悄悄成為家庭中的一員，變得越來(lái)越普及.目前不管大中小城市燃油汽車數(shù)量每年都在飛速上漲，然而伴隨著燃油價(jià)格的居高不下、汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染和能源面臨枯竭等問(wèn)題，大家一直在尋求替代品.世界各主要汽車生產(chǎn)商都在研發(fā)汽車中充電電池的應(yīng)用，從而降低污染，提高空氣質(zhì)量.隨著技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)汽車迎來(lái)了又一個(gè)發(fā)展的春天，慢慢發(fā)展成熟被人們熟知，但依然存在其它問(wèn)題有待解決.如續(xù)駛里程如何得到較大的提升，乘車的舒適性怎樣提高，駕駛者如何知道電池使用情況等.針對(duì)電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行研究分析，主要包括測(cè)試模塊、監(jiān)視和顯示模塊、P89LPC938的介紹、P89C669的PWM占空比計(jì)算、漢字字體顯示等.分布式能量管理系統(tǒng)見圖1，由若干測(cè)試模塊及監(jiān)測(cè)和顯示模塊組成.

1 模塊設(shè)計(jì)

圖1 分布式電池管理裝置結(jié)構(gòu)框圖

1.1 測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

測(cè)試模塊見圖2，主要有單片機(jī)、溫度傳感器、電壓變換和PWM分流電路等構(gòu)成.

測(cè)試模塊中采用Philips公司的微處理器P89LPC938作為MCU，管腳配置見圖3.LPC938提供幾個(gè)可由用戶選擇的振蕩器選項(xiàng)來(lái)產(chǎn)生CPU時(shí)鐘，有片內(nèi)RC振蕩器、外部晶振的振蕩器、看門狗振蕩器［1-2］.外部晶振可選擇高、中、低頻晶振，頻率范圍為20 kHz到18 MHz.LPC938的片內(nèi)RC振蕩器默認(rèn)頻率為7.373 MHz.LPC938內(nèi)置的看門狗定時(shí)器子系統(tǒng)可通過(guò)復(fù)位使系統(tǒng)從錯(cuò)誤的代碼操作中恢復(fù).當(dāng)軟件沒(méi)能在定時(shí)器到達(dá)終端計(jì)數(shù)之前將其重裝而產(chǎn)生計(jì)數(shù)下溢時(shí)，看門狗定時(shí)器就會(huì)引起系統(tǒng)復(fù)位.LPC938同時(shí)支持片內(nèi)上電復(fù)位，可通過(guò)配置Flash字節(jié)UCFG1實(shí)現(xiàn)振蕩器、復(fù)位方式和看門狗的配置，但必須在上電時(shí)定義，開始執(zhí)行程序后便不可設(shè)置了.為降低成本，充分利用P89LPC938的片內(nèi)資源，本次設(shè)計(jì)中通過(guò)在編程時(shí)配置寄存器UCFG1，選擇片內(nèi)RC振蕩器產(chǎn)生系統(tǒng)工作時(shí)鐘，內(nèi)部上電復(fù)位方式和看門狗有效.

圖2 測(cè)試模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖3 P89LPC938管腳配置

圖4 上位機(jī)維護(hù)程序界面

LPC938支持在電路編程（ICP）模式下，使用商業(yè)編程器進(jìn)行編程和擦除功能，而無(wú)需將微控制器從系統(tǒng)中移出.ICP功能使用芯片的5個(gè)管腳（VDD，VSS，P0.5，P0.4和RST）.使用該特性時(shí)只需要一個(gè)小的USB口下載連接器將目標(biāo)板和外部編程器相連.

P89LPC938擁有512字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)EEPROM，可用于保存配置參數(shù).圖4為上位機(jī)維護(hù)程序界面，本次設(shè)計(jì)的測(cè)試模塊中具備模擬量檢測(cè)系數(shù)校準(zhǔn)功能，將PC機(jī)串行口通過(guò)232/485轉(zhuǎn)換模塊與測(cè)試模塊通訊，召喚各測(cè)試單元測(cè)得的電壓和溫度，通過(guò)高精度儀器測(cè)量電池端電壓和溫度后，與測(cè)試模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)再通過(guò)異步通訊方式下發(fā)到LPC938，寫入其片內(nèi)EEPROM，可克服器件分散性造成的誤差，進(jìn)一步提高測(cè)量精度.

1.2 監(jiān)測(cè)和顯示模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)和顯示模塊主要有語(yǔ)音電路、液晶顯示、電流電壓采集電路、微處理器等組成（見圖5）［3］.監(jiān)測(cè)與顯示模塊中采用包含96 k字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器和2 k字節(jié)的RAM的Philips公司的微處理器P89C669作為MCU，其結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行速度2倍于標(biāo)準(zhǔn)的80C51器件，內(nèi)置2個(gè)增強(qiáng)型UART，是新51MX內(nèi)核的Flash微控制器代表，符合監(jiān)測(cè)與顯示模塊兩個(gè)異步通訊口的要求，其管腳配置見圖6.

圖5 監(jiān)測(cè)和顯示模塊

圖6 P89C669管腳配置

2 分布式能量管理系統(tǒng)程序

分布式能量管理系統(tǒng)程序?yàn)椋弘p通道，連續(xù)采樣，奇數(shù)位4個(gè)寄存器保存溫度數(shù)據(jù)，偶數(shù)位4個(gè)寄存器保存電壓數(shù)據(jù).因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)采樣值有8個(gè)寄存器，所以用4個(gè)采取同一個(gè)數(shù)據(jù)求平均，用以減小誤差.其它為10位的寄存器，但高字節(jié)、低字節(jié)一樣都是8位，有6位重疊位.設(shè)計(jì)采用高字節(jié)右移6位的方式來(lái)獲取完整信息.

程序如下：

而在顯示時(shí)有四位數(shù)字其中兩位是小數(shù)，所以在此Voltage=4=tp1*1 525/4 096，又因?yàn)樵趯?shí)際中電阻不可能很精確，所以設(shè)置了調(diào)整系數(shù)，當(dāng)用萬(wàn)用表測(cè)量電池實(shí)際電壓和顯示電壓有差別時(shí)便調(diào)節(jié)Coeffient_V的值，使得顯示值符合真實(shí)值，從而精確的顯示真實(shí)電壓.最終表達(dá)式寫成：

3 P89C669的PWM占空比計(jì)算

設(shè)定占空比為零，然后計(jì)算單體的平均電壓，主要依據(jù)電池節(jié)數(shù)和整組電壓.任何一節(jié)電池電壓高于平均電壓的2%，則該電池的PWM占空比增加，一定時(shí)間內(nèi)再次測(cè)量如果還高，則繼續(xù)增加PWM占空比，如此反復(fù)直到單節(jié)電池的電壓低于平均電壓的102%為止.

4 能量管理系統(tǒng)液晶模塊漢字顯示方法

能量管理系統(tǒng)圖形液晶顯示器既要顯示漢字，還要顯示任意的圖形，以DG12864液晶模塊為例.漢字字形的輸出用點(diǎn)陣來(lái)表示，點(diǎn)是亮還是暗用高電平1和低電平0表示，1代表亮，0就是暗.如漢字的16×16的點(diǎn)陣，32個(gè)字節(jié)存放方式見圖7.

T6963C適應(yīng)性強(qiáng)，指令功能豐富，使用時(shí)文本方式下可以將要顯示的漢字點(diǎn)陣32字節(jié)的數(shù)據(jù)分為左上、下和右上、下幾塊，每塊8個(gè)字節(jié)；若在圖形方式下是提取所需字模，漢字分左右兩塊分別16字節(jié).圖8是“家”字點(diǎn)陣字模，要想顯示家字，必須把32字節(jié)依據(jù)圖左側(cè)的上下左右順序存入控制器中.

雖然字模無(wú)論是存儲(chǔ)還是提取方法很多，但局限于單片機(jī)的尋址空間和存儲(chǔ)容，主要分為3類：

（1）面對(duì)程序較小的，面對(duì)單片機(jī)沒(méi)有擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)的，將需顯示的漢字?jǐn)?shù)據(jù)以常量數(shù)組的方式進(jìn)行存儲(chǔ)存.如要顯示“滁州”：

再編制漢字顯示子函數(shù)Write Hz.函數(shù)Write Hz的參數(shù)x和y對(duì)應(yīng)液晶屏幕的顯示位置，Wide為液晶屏每行字節(jié)數(shù)，不同型號(hào)的液晶值不同［4-6］.函數(shù)按照漢字?jǐn)?shù)據(jù)的存放方式，依次將漢字的32字節(jié)寫入，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)就可以顯示“滁州”兩字.如：

Write Hz（0 ，4 ，0）；//滁

Write Hz（0 ，10 ，0x20）；//州

（2）在EPROM（或E2 PROM）內(nèi)存放要顯示的漢字?jǐn)?shù)據(jù).不管是51單片機(jī)亦或者演變產(chǎn)物基本運(yùn)用的是哈佛結(jié)構(gòu)，這類單片機(jī)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間基本都是64 k，而且可以分別尋址.64 k對(duì)于兼有液晶顯示的單片機(jī)來(lái)說(shuō)不是很大，上面說(shuō)過(guò)漢字可以以常量數(shù)組的方式存入程序存儲(chǔ)器，因而存儲(chǔ)空間顯得不足.相比程序存儲(chǔ)器看，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間被占用很少，一般幾k，其余的部分可作為功能拓展用［7-8］.

（3）通過(guò)識(shí)別漢字不同的機(jī)內(nèi)碼調(diào)用漢字.原來(lái)每個(gè)漢字都有自己獨(dú)特的東西，那就是機(jī)內(nèi)碼.字庫(kù)中漢字的排列也是有規(guī)則的，并不是任意排列.每個(gè)漢字有獨(dú)一的區(qū)號(hào)以及在該區(qū)的位號(hào)，94個(gè)漢字作為一區(qū)，這種排列方法稱為區(qū)位排列法.漢字字模都存放在系統(tǒng)內(nèi)，要顯示某個(gè)漢字，只需知道該漢字的區(qū)位號(hào)，就能夠得到它在字庫(kù)的偏移地址.

圖7 16×16的點(diǎn)陣的存放方式

圖8 “家”字的16×16點(diǎn)陣字模

5 結(jié)語(yǔ)

蓄電池壽命短是阻礙電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)及其重要因素，眼下正處于瓶頸階段，加上電池后期維護(hù)維修價(jià)格較高，也阻礙了其在其它領(lǐng)域的發(fā)展.汽車的舒適性越來(lái)越被人們看重，本文從軟件方面探討了電池分布式能量管理系統(tǒng)主要由若干測(cè)試模塊和一臺(tái)監(jiān)測(cè)和顯示模塊組成，每節(jié)電池配備一臺(tái)測(cè)試模塊，解決了電池單體電壓和溫度的實(shí)時(shí)精確采集問(wèn)題.后期還應(yīng)在系統(tǒng)中加入液晶屏、人機(jī)交互等多元化的設(shè)計(jì)，逐漸取代簡(jiǎn)易的儀表，推動(dòng)其向家用方向發(fā)展.

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Exploration of the Cultivation of Applied Talents of Excellent Electrical Skills

LI Wen-xuan,FENG Qiao-hong,ZHAO Xin-hua
（Department of Mechanical and Electrical Engineering,Chuzhou Vocational And Technical College,Chuzhou 239000,Anhui,China）

As energy crisis and environmental pollution prompt the vigorous development of electric vehicle industry in the new energy,this paper studies and designs the test module and the monitoring system of electric vehicle energy management in a distributed and display module,analyzing the program of distributed energy management system,the PWM duty cycle calculation of P89C669 and the Chinese character display method of LCD module of energy management system.

Electric vehicle；distributed；energy management system

TM912；U469.72

A

1007-5348（2017）09-0046-05

2017-04-27

安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2016tszy061）.

李文萱（1982-），男，安徽天長(zhǎng)人，滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系講師，碩士；研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化.

（責(zé)任編輯：歐 愷）