基于CAN總線的新能源車載空調(diào)標(biāo)定軟件的設(shè)計(jì)

丁躍澆, 鄒俊超, 唐 鑒

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基于CAN總線的新能源車載空調(diào)標(biāo)定軟件的設(shè)計(jì)

丁躍澆1, 鄒俊超2, 唐 鑒2

(1. 湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006; 2. 湖南理工學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)

針對(duì)傳統(tǒng)車載空調(diào)標(biāo)定軟件的操作復(fù)雜、通用性差、適用人群有限等缺點(diǎn), 采用CAN總線的網(wǎng)絡(luò)互連方式來組織車載空調(diào)標(biāo)定系統(tǒng), 使用標(biāo)定軟件對(duì)空調(diào)、變頻器內(nèi)的各參數(shù)進(jìn)行在線標(biāo)定、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè). 使用C#設(shè)計(jì)的標(biāo)定軟件平臺(tái), 界面簡(jiǎn)潔, 操作方便, 通用性強(qiáng). 該軟件不僅為汽車空調(diào)控制系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的通信保證, 而且也為系統(tǒng)檢測(cè)提供了有利的保障.

新能源; CAN總線; 車載空調(diào); 標(biāo)定

0 引言

跟隨著新時(shí)代的腳步, 新能源的開發(fā)與利用越來越成為當(dāng)今社會(huì)高科技產(chǎn)品發(fā)展的主潮流. 在交通行業(yè)中, 也就表現(xiàn)為新能源汽車越來越成為汽車行業(yè)的發(fā)展方向. 新能源汽車的發(fā)展順應(yīng)時(shí)代的潮流, 更代表了客戶對(duì)汽車的高需求和高要求. 新能源汽車空調(diào)以及其控制系統(tǒng)同樣有著廣闊的發(fā)展前景[1].

傳統(tǒng)的汽車空調(diào)產(chǎn)品一般采用手動(dòng)修改程序、調(diào)試控制參數(shù), 而且還要打開車蓋進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)定. 參數(shù)表示形式一般是十六進(jìn)制的, 適用人群受限[2]. 本文設(shè)計(jì)的基于CAN總線的新能源車載空調(diào)標(biāo)定軟件, 采用實(shí)時(shí)處理模式, 可對(duì)汽車空調(diào)各項(xiàng)標(biāo)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè), 與規(guī)定參數(shù)范圍進(jìn)行對(duì)比后對(duì)有誤控制參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定, 并且標(biāo)定軟件界面簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單, 參數(shù)采用人們熟悉的十進(jìn)制表示, 適用于更多的用戶. 另一方面, 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)更多的是使用LIN、RS485等通信方式, 簡(jiǎn)單但可靠性低[3], 而本文的汽車空調(diào)系統(tǒng)采用了CAN通信方式, 這是一個(gè)業(yè)界上比較先進(jìn)的通信方式, CAN總線技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4].

1 總體性能分析

1.1 新能源車載空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特色

系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)具有更多優(yōu)勢(shì).

1) 環(huán)保性. 該系統(tǒng)使用電能或油電混合, 綠色環(huán)保, 能有效改善汽車尾氣排放所造成的環(huán)境污染問題. 使用能源來源廣, 易于補(bǔ)充.

2) 創(chuàng)新性. 該系統(tǒng)存在一個(gè)室外冷凝機(jī), 傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中是沒有室外冷凝風(fēng)機(jī)的, 因?yàn)槭彝鈾C(jī)在不用時(shí)外部可能會(huì)有雨雪或冰之類的東西附著在翅片上, 影響換熱. 本設(shè)計(jì)解決了這個(gè)問題, 進(jìn)而使汽車空調(diào)系統(tǒng)在冬天能更好地運(yùn)轉(zhuǎn)、有更好的除霜效果.

3) 網(wǎng)絡(luò)互連性. 該系統(tǒng)采用LIN總線、RS485總線以及CAN總線相互結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)互連方式, 其中以CAN總線為主, 該技術(shù)可以連接汽車?yán)锏乃须娮釉O(shè)備, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享以及智能控制.

1.2 標(biāo)定軟件功能設(shè)計(jì)

上位機(jī)標(biāo)定軟件的設(shè)計(jì)主要實(shí)施以下功能: 能夠精確對(duì)空調(diào)、變頻器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行單項(xiàng)或多項(xiàng)標(biāo)定[5]; 能夠精確對(duì)空調(diào)、變頻器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行讀取; 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)重要數(shù)據(jù), 衡量空調(diào)的一些關(guān)鍵指標(biāo).

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)需求的分析, 本車載空調(diào)標(biāo)定軟件主要包括以下幾大功能模塊: 讀取功能模塊、標(biāo)定功能模塊、通信功能模塊. 讀取功能模塊主要完成從下位機(jī)讀取EPROM數(shù)據(jù)并且對(duì)讀取的參數(shù)進(jìn)行校正, 判斷所標(biāo)定的參數(shù)是否正確; 標(biāo)定功能模塊主要完成由上位機(jī)將EPROM數(shù)據(jù)寫入下位機(jī)等功能; 通信功能模塊主要完成上位機(jī)與下位機(jī)的通信設(shè)置, 包括設(shè)備類型和CAN通道線的選擇、工作模式、波特率、報(bào)文ID、幀類型、設(shè)備類型號(hào)、設(shè)備索引號(hào)的設(shè)置等等, 實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)通信的功能. 標(biāo)定軟件主要功能模塊如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

2 CAN總線協(xié)議

2.1 CAN網(wǎng)卡的選擇

一般上位機(jī)與下位機(jī)CAN網(wǎng)絡(luò)是采用CAN適配卡進(jìn)行通信的. 常見的CAN適配卡有ISA 總線和PCI總線兩種. ISA總線傳輸速率低, 而PCI-CAN卡雖然性能高、功能強(qiáng), 但需要頻繁地拆卸, 給使用帶來很大的不便.

采用USB總線接口的USB-CAN網(wǎng)卡克服了上述不足, 且能與USB1.1總線兼容, 支持CAN2.0B協(xié)議. 其最高傳輸速率為1Mbps, 最高幀流量為5000幀/s, 硬件緩存可存儲(chǔ)1000幀網(wǎng)絡(luò)信息. 此外, USB- CAN網(wǎng)卡還具有體積小、即插即用等特點(diǎn)[6].

2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

本系統(tǒng)采用CAN2.0 SAE-J1939規(guī)范(29位)設(shè)計(jì), 速率為250Kbps, 多字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí), 采用低字節(jié)先發(fā), 高字節(jié)后發(fā)的規(guī)定. CAN總線網(wǎng)絡(luò)報(bào)文結(jié)構(gòu)見表1.

表1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)報(bào)文結(jié)構(gòu)

2.2.1通訊數(shù)據(jù)幀定義

通過對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行分析, 考慮到涉及的參數(shù)數(shù)據(jù)量比較大, 為了減少參數(shù)變量定義的復(fù)雜度以及數(shù)據(jù)幀的開銷, 此通訊協(xié)議不為每個(gè)控制變量都設(shè)定相應(yīng)的幀ID, 而是采用幀ID結(jié)合數(shù)據(jù)段的方法

實(shí)現(xiàn)各變量數(shù)據(jù)的存取. 例如主板與面板采用不同的幀ID加以區(qū)分, 而這兩種板塊里的各種標(biāo)定參數(shù)以數(shù)據(jù)域中的2-3位進(jìn)行區(qū)分. 這種協(xié)議可以有效地減少電控單元存儲(chǔ)的開銷成本. 上位機(jī)負(fù)責(zé)根據(jù)事先規(guī)定好的各控制參數(shù)的地址, 對(duì)相對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)進(jìn)行數(shù)值的寫入與讀取, 依據(jù)事先約定好的格式將參數(shù)通過CAN適配卡發(fā)布到下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)上. 表2給出了通訊數(shù)據(jù)幀格式的定義示例.

表2 通訊數(shù)據(jù)幀格式

2.2.2 系統(tǒng)內(nèi)的CAN通信流程

該系統(tǒng)采用中斷方式接受數(shù)據(jù), 只有與標(biāo)識(shí)符匹配的報(bào)文才能進(jìn)入緩沖器, 不符合要求的報(bào)文將被屏蔽于接收緩沖器之外, 從而減少CPU處理報(bào)文的負(fù)擔(dān)[6]. 當(dāng)要進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)定或讀取時(shí), 首先由上位機(jī)通過USB-CAN卡發(fā)送命令到單片機(jī)上, 單片機(jī)通過獲取的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)段第一個(gè)字節(jié)判斷是讀命令還是寫命令, 如果是讀命令, 就把相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的EPROM存儲(chǔ)的值發(fā)送給上位機(jī); 如果是寫命令, 單片機(jī)就根據(jù)數(shù)據(jù)段的第二個(gè)字節(jié)獲知所要標(biāo)定參數(shù)的地址, 并把要標(biāo)定的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的控制參數(shù)上. 通訊子程序流程圖如圖2所示.

圖2 通訊子程序流程圖

3 標(biāo)定軟件的實(shí)現(xiàn)

本新能源車載空調(diào)標(biāo)定軟件是在C#環(huán)境下并結(jié)合Ecan動(dòng)態(tài)鏈接庫編寫的.

3.1 通信功能模塊的實(shí)現(xiàn)

通信功能模塊主要完成串口通信的基本設(shè)置, 包含設(shè)備類型和CAN通道的選擇、工作模式、波特率、幀類型、設(shè)備類型號(hào)、設(shè)備索引號(hào)的設(shè)置等. 首先利用結(jié)構(gòu)體INIT_CONFIG()實(shí)現(xiàn)CAN的初始化, 包括驗(yàn)收碼、屏蔽碼、濾波方式等參數(shù)的設(shè)置, 再利用函數(shù)OpenDevice()和InitCAN()實(shí)現(xiàn)設(shè)備類型和索引號(hào)的設(shè)置以及設(shè)備的初始化, 最后利用函數(shù)StartCAN()啟動(dòng)設(shè)備. 這樣就完成了設(shè)備的基本通信設(shè)置.

3.2 讀取功能模塊的實(shí)現(xiàn)

讀取功能模塊主要完成從下位機(jī)讀取EPROM數(shù)據(jù)并對(duì)讀取的參數(shù)進(jìn)行校正, 判斷所標(biāo)定的參數(shù)是否正確. 首先對(duì)CAN_OBJ()結(jié)構(gòu)體進(jìn)行實(shí)例化, CAN_OBJ()結(jié)構(gòu)體主要是對(duì)報(bào)文ID、幀類型、數(shù)據(jù)長度、發(fā)送幀類型、報(bào)文的數(shù)據(jù)等參數(shù)進(jìn)行定義. 再調(diào)用Receive()函數(shù)從下位機(jī)讀取數(shù)據(jù), 并把讀取的數(shù)據(jù)與先前標(biāo)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行一對(duì)一對(duì)比, 從而判斷所標(biāo)定的參數(shù)是否正確. 最后利用Timer控件每隔1ms調(diào)用Receive()函數(shù)一次, 實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)一些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控. 其中讀取功能模塊主要流程如圖3所示, CAN_ OBJ()結(jié)構(gòu)體主要代碼如下:

3 讀取功能模塊流程圖

3.3標(biāo)定功能模塊的實(shí)現(xiàn)

標(biāo)定功能模塊主要完成由上位機(jī)將EPROM數(shù)據(jù)寫入下位機(jī)等功能. 首先利用結(jié)構(gòu)體CAN_OBJ()對(duì)報(bào)文ID、幀類型、數(shù)據(jù)長度、發(fā)送幀類型、報(bào)文的數(shù)據(jù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置, 然后調(diào)用函數(shù)Transmit()完成數(shù)據(jù)的發(fā)送. 典型代碼如下:

frameinfo = new CAN_OBJ(); //定義frameinfo對(duì)象并實(shí)例化

frameinfo.SendType = 0; //發(fā)送幀類型的選擇

frameinfo.data = new byte[8]; //傳輸數(shù)據(jù)的初始化

ECANDLL.Transmit(1, 0, 0, ref frameinfo, mLen); //調(diào)用Transmit()函數(shù)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送

總體功能界面如圖4所示.

圖4 標(biāo)定軟件主要功能界面

4 總結(jié)

本文以CAN總線技術(shù)為基礎(chǔ), 在綜合考慮通用化和個(gè)性化設(shè)計(jì)情況下, 基于C#平臺(tái)設(shè)計(jì)了上位機(jī)標(biāo)定軟件, 充分利用了C#強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及良好的人機(jī)交互界面, 為系統(tǒng)參數(shù)的讀取、標(biāo)定和檢測(cè)提供了保障, 另外也為用戶提供了良好的用戶體驗(yàn). 目前, 該車載空調(diào)標(biāo)定軟件已投入市場(chǎng).

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Design of New Energy Vehicle Air Conditioning Calibration Software Based on CAN Bus

Ding Yuejiao1, Zou Junchao2, Tang Jian2

(1. College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China; 2. College of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

According to the traditional vehicle air conditioning calibration software of complicated operation, poor universality, suitable crowd disadvantages, using CAN bus network interconnection method to organize vehicle air conditioning calibration system, calibration software is designed for on-line calibration and real-time monitoring of the parameters of the air conditioning and inverter. The calibration platform is designed with the C#. The user interface is clear, simple, easily manipulative and strong versatility. This software not only provides an accurate and real-time communication guarantee for the automotive air conditioning control system, but also provides a favorable guarantee for the detection of the system.

new energy,CAN bus, vehicle air conditioning, calibration

2017-09-21

丁躍澆(1967? ), 男, 湖南臨湘人, 湖南理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院教授. 主要研究方向: 工業(yè)控制、智能控制

TP311

A

1672-5298(2017)04-0024-04