電動車行車參數(shù)記錄儀

【摘要】在電動車行駛或測試工程中，駕駛員需要了解電動車的具體行車狀態(tài)，測試電動車的各項參數(shù)是否正?；蚴欠襁_到達到各個部件預期設(shè)計的參數(shù)的，從而設(shè)計一款電動車記錄儀。通過安裝在電動車上的傳感器感應電動車的行車參數(shù)后傳遞給控制器，通過采集運算后得到電流、電壓、功率和電能值，并把這些數(shù)據(jù)存入存儲盤，存儲數(shù)據(jù)達到1秒鐘存儲一次。數(shù)據(jù)存儲形式保存為XLS文件，方便數(shù)據(jù)導出、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，并檢測行車的安全。

【關(guān)鍵詞】檢測;電能值;數(shù)據(jù)存儲

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。此時節(jié)能環(huán)保的電動車應運而生，成了許多人代步的主要工具，同時電動車的行車安全成了許多人的焦慮，記錄電動車檢測的數(shù)據(jù)就顯得尤為重要了。

電動車記錄儀的誕生更加增加的人們的擔憂，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)計了這樣一款側(cè)重記錄電動車數(shù)據(jù)的記錄儀，主要目的是記錄指標數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)并進行對比，從而改進電動車節(jié)能裝置和動力設(shè)備。通過大量的精確的數(shù)據(jù)記錄來分析電動車的安全性能，同時也給電動車的改進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、霍爾傳感器、存儲模塊和控制按鍵組成。GPS模塊采用VK1513，它是基于NMEA-0183的標準通信格式，通過它可以知道電動車定位信息，行駛速度，行駛路程，行駛坡度不同時的數(shù)據(jù)，可以方便測試耗能與坡度的關(guān)系。

車體數(shù)據(jù)檢測采用電能測量芯片CS5460A，它是一個包含兩個ΔΣ模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的ΔΣ模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、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量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。

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

存儲模塊采用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

3.1 控制器的分析

控制器采用STC12C5A60S2作為控制器，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，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專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D（250K/S，即25萬次/秒）轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。在這里還用到兩個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進制） 輸出編碼

（10進制）

+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是專為功率測量進行了優(yōu)化，采用電流互感器相連來測量電流;與分壓電阻或電壓互感器相連來測量電壓。為適應不同電平的輸入電壓，電流通道集成有一個增益可編程放大器（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250mV 的輸入電壓范圍。對于VA+和VA-兩端接單+5V電源的情況，兩個通道的差模輸入引腳間所加的共模+信號電壓為-0.25V到+5V。另外，設(shè)計時可以在某一個通道或兩個通道實現(xiàn)雙端差模輸入，此時輸入信號的共模電壓加在AGND上。CS5460A 每通道都有一個高速數(shù)字濾波器，將兩個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（進行加法運算）和增益寄存器（進行乘法運算）進行偏移量/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）和相應的瞬態(tài)電壓寄存器輸出編碼之間的關(guān)系。當電流通道的PGA增益置于“10X”時，該表也適用于電流通道。

圖4 存儲系統(tǒng)框圖

最小識別電壓是14.9nV，最小間隔電壓是15nV，可以很精確的測量到實際的電壓值。

3.3 控制U盤的硬件電路

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

圖6 程序流程圖

3.4 GPS模塊

VK1513是一個高效能、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，其串行通信默認參數(shù)為：波特率=9600bps，數(shù)據(jù)位=8bit，開始位=1bit，停止位=1bit，無奇偶校驗。按鍵控制電路采用獨立按鍵。如圖5所示。

4.軟件設(shè)計

程序流程圖如圖6所示。

5.系統(tǒng)測試

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

當沒插入U盤的時候，紅色指示燈點亮，表示其他操作無效。當插入U盤時，系統(tǒng)檢測U盤存在，這時紅色指示燈熄滅，綠色指示燈點亮，說明可以進行操作。當測試時想要定位有用的信息時，要觀測定位指示燈是否亮起，如果是熄滅的狀態(tài)，表示這時定位無效，但是其他信息依然有效。

最后經(jīng)過整體調(diào)試，達到想要目標。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)，通過處理以每秒一次的速度存入U盤，再次按下按鍵，關(guān)閉文件并停止數(shù)據(jù)存儲。拔下U盤，通過電腦觀察U盤中創(chuàng)建了以時間為名的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)計以方便電動車測試制作的檢測器，對電動車快速研發(fā)有一定的幫助，能很方便應用到實際中，可以通過實際需要作進一步的改進，使它更貼近實際發(fā)揮它的作用。

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作者簡介：楊振雷（1982—），男，工學學士，助理實驗師，主要研究方向：無線通訊，工業(yè)控制，無線視頻監(jiān)控技術(shù)等。