0 引 言
由于特種車輛的電子設(shè)備種類和數(shù)量繁多，傳統(tǒng)半自動配電方式的管理能力有限,，體積和重量較大,、車輛電網(wǎng)故障自檢和隔離能力差、排除故障與檢修時間長、供電可靠性不高等問題,，影響整個車輛和關(guān)鍵部件工作的可靠性,。基于嵌入式技術(shù),、雙冗余CAN總線與LIN總線構(gòu)成的車輛智能配電系統(tǒng),，能夠很好地解決傳統(tǒng)車輛配電方式的缺點，并且能夠?qū)崿F(xiàn)整車配電系統(tǒng)的智能化,、數(shù)字化管理,。
1 智能配電系統(tǒng)的硬件設(shè)計
該配電系統(tǒng)分為三個部分：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，具有電流檢測,、電壓檢測,、過流保護、短路保護,、過壓保護,、欠壓保護、過熱保護及狀態(tài)監(jiān)控等功能,。同時具有LIN總線的數(shù)字通信接口和外部控制接口,；有電流、電壓和溫度的數(shù)字量輸出,，并且各類故障的參數(shù)點具有可配置性,。
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MOSFET來控制用電設(shè)備的通斷,。并且采用電流,、電壓檢測和短路保護技術(shù)實現(xiàn)對用電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障的自動保護和故障完全隔離,。另外,，配電終端具有存儲記憶功能，能夠記憶設(shè)備故障時的記錄信息,。同時,，提供外部控制接口控制用電設(shè)備的通斷，兼容傳統(tǒng)的配電方式,。為了實現(xiàn)遠程控制和配電系統(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載,，啟動時的沖擊電流過大,，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方式,。這種方式在保護自身的同時,，也能夠改善特種車輛的電網(wǎng)特性。在大負載啟動時,，考慮到可能影響系統(tǒng)電壓,，從而影響用電設(shè)備的正常運行，配電終端采用控制用電與設(shè)備用電分離的方案,?？紤]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,，一個主要用電設(shè)備配備一個配電終端,，智能配電管理器負責(zé)管理每個配電終端。
智能配電管理器主要負責(zé)管理配電終端的用電設(shè)備,，對用電設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控,，同時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行數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)整車電氣系統(tǒng)的數(shù)字化管理,。對于車上的次要用電設(shè)備通過I／O控制繼電器來實現(xiàn),。
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,、測試,、配置和故障檢測接口和備份信息存儲部分。由于智能配電管理器功能復(fù)雜,，考慮到控制的實時性和用電設(shè)備的數(shù)量眾多,，在硬件平臺上,，采用32位微處理器LPC2119,。LPC2119具有雙CAN控制器，兩個UART,、豐富的I／0資源和內(nèi)置的RAM和FLASH存儲器,。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,，信息存儲采用8 KB鐵電FLASH,，鍵盤采用專用鍵盤管理芯。在軟件平臺上,，選用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ,，保證設(shè)備控制的實時性和工作的可靠性,。
車輛管理終端主要負責(zé)是車輛電氣綜合的管理，配電屬于其中一個管理項目,，各個管理終端之間采用雙CAN冗余通信,，保證整個車輛電氣系統(tǒng)工作和通信的穩(wěn)定性和可靠性。
2 車輛智能配電系統(tǒng)的軟件設(shè)計
2．1 配電終端應(yīng)用軟件實現(xiàn)的機制和原理
配電終端的程序處理流程如圖2所示,。
配電終端軟件采用實時編程的思想,，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,，同時對采集的數(shù)字量進行濾波處理，保證采集的準確性,，從而實現(xiàn)用電設(shè)備的過壓,，欠壓、過流和溫度故障保護,。短路保護采用硬件處理方式,，如果檢測到短路硬件自動關(guān)斷MOSFET管，并且把短路信號傳輸?shù)絾纹瑱C的I／O輸入口,，以便單片機對短路的識別,、判斷。外部控制接口采用I／O輸人口檢測,，同時對外部控制信號采用數(shù)字濾波處理,，防止干擾時的誤動作。配電終端的信息備份采用LPC935內(nèi)部的存儲器存儲,。備份信息主要是過壓,、過壓時間，欠壓,、欠壓時間,，過流、過流時間,，溫度故障和溫度故障時間的參數(shù)設(shè)置點,。為了防止運行參數(shù)在設(shè)置參數(shù)點附近波動，軟件采用參數(shù)設(shè)置點回歸處理,。由于采用時間和設(shè)置參數(shù)綜合判斷故障的處理方法,，能夠較好地處理設(shè)備正常啟動瞬間低電壓和大電流而導(dǎo)致配電終端誤認為故障現(xiàn)象。通常為了防止電壓過低和過高車輛上采用并聯(lián)蓄電池處理的方法,，大電流采用能量瞬間釋放處理,。
為了實現(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)議采用標準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配電終端，在系統(tǒng)上電時采用自動分配地址的處理方法,，由配電管理器為每個終端分配惟一地址,。為了保證LIN通信的可靠性和異常處理，在軟件上,，LIN通信數(shù)據(jù)采用CRCl6校驗,，從而保證設(shè)備的工作正常,解決通信數(shù)據(jù)的異常出錯處理。
2．2 配電管理器應(yīng)用軟件實現(xiàn)的機制和原理
該系統(tǒng)采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ作為配電管理器端的軟件平臺,，μC／OS-Ⅱ源代碼開放,、內(nèi)核小、移植方便,，易于開發(fā),。并且該操作系統(tǒng)支持多任務(wù)并發(fā)運行，可以采用多任務(wù)編程方法,。這樣,，配電管理器端的每個功能可以作為一個獨立的任務(wù)來實現(xiàn)，這大大地增強了系統(tǒng)軟件的可靠性,、穩(wěn)定性,，也便于以后的維護和升級。同時配電管理器也提供了圖形用戶接口,，結(jié)合鍵盤,、LCD液晶顯示和觸摸屏模塊為用戶提供友好的人機交互界面。
2．2．1 配電管理器應(yīng)用軟件設(shè)計
系統(tǒng)的工作流程主要是說明各個任務(wù)是如何協(xié)調(diào)工作,。整個系統(tǒng)的運行過程如圖3所示,。
嵌入式配電管理端的軟件主要實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的讀取和設(shè)定、人機交互功能,、用電設(shè)備的監(jiān)控功能,、CAN、LIN通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。設(shè)備參數(shù)的讀取和設(shè)定功能提供了現(xiàn)場對設(shè)備參數(shù)的修改,，也可以通過遠程監(jiān)測終端來修改。但是遠程監(jiān)控終端必須通過許可認證,。認證的信息和設(shè)備參數(shù)保存在鐵電FLASH存儲器中,，以便系統(tǒng)掉電后用戶許可的信息不丟失。人機交互功能提供給用戶監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài),。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,，為用戶提供非常友好的圖形用戶界面,。用戶可以通過人機交互接口對用電設(shè)備進行操作,。
2．2．2 雙CAN冗余實現(xiàn)的機制和原理
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)的對外通信接口采用性能穩(wěn)定,、工作可靠的CAN總線,，同時，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功能塊,。數(shù)據(jù)傳輸模塊實現(xiàn)的功能包括CAN初始化,、CAN濾波的設(shè)計、CAN報文發(fā)送和CAN報文接收,。
總線管理功能塊實現(xiàn)的功能主要是總線檢測,，判斷CAN是否存在故障，若有故障,，則進入另一路總線檢測,；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)的自動上報。
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,。同時，配電管理器響應(yīng)其他管理終端的執(zhí)行結(jié)果和用電設(shè)備的運行狀態(tài),。在配電管理器檢測到用電設(shè)備故障時,，自動上報給其他管理終端，以便實現(xiàn)車輛配電的綜合管理和數(shù)字化,。同時可以設(shè)定用電設(shè)備的優(yōu)先級,，配電管理器按照設(shè)定的優(yōu)先級合理控制用電設(shè)備。
在向其他管理終端發(fā)送報文時,，按CAN協(xié)議格式將報文內(nèi)容填入CAN發(fā)送緩沖區(qū),，啟動發(fā)送命令，將報文發(fā)送出去,。如果不能成功發(fā)送,，則進行總線故障處理，等待超時后自動調(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，則進人故障處理,，故障報警并退出,。
3 結(jié) 語
該智能配電系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)車輛配電系統(tǒng)的不足,，利用嵌入式技術(shù)和雙CAN冗余和LIN總線，同時結(jié)合LCD控制器和觸摸屏為用戶提供了友好的圖形用戶接口,，利用μC／OS-Ⅱ?qū)崟r多任務(wù)操作系統(tǒng)對任務(wù)進行合理的調(diào)度,，實現(xiàn)整車配電系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化，產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在特種車輛上,，運行結(jié)果證明其性能穩(wěn)定,、可靠。