畢業(yè)設(shè)計——基于lpc2131的電動車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　當(dāng)今世界，人們在飛速創(chuàng)造財富和發(fā)展文明的同時，也帶來了許多負(fù)面的效應(yīng)，環(huán)保和能源就是其中重要的兩個方面。而傳統(tǒng)汽車的大量使用，是造成環(huán)境污染和不可再生能源巨大消耗的重要因素。電動車以其排放少、噪聲低等優(yōu)點正受到廣泛的關(guān)注，世界各國都把電動車作為汽車工業(yè)的發(fā)展方向。因此，對電動車行駛中各項參數(shù)的監(jiān)測是關(guān)系到電動車實用化、商品化的關(guān)

2、鍵技術(shù)之一，對環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源等方面都具有重要意義。</p><p>　　本文采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的LPC2131芯片為微處理器，設(shè)計了針對電動車的蓄電池電壓、電流、溫度和車速信息進(jìn)行監(jiān)測，并使用GPRS無線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳送。LPC2131是一個支持實時仿真和跟蹤的微處理器，具有流水線技術(shù)和低功耗、高性能等特點。在電動車行駛信息檢測方面，選用了霍爾和熱敏電阻傳感器，為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)

3、確采集提供了可靠措施。同時在遠(yuǎn)程端數(shù)據(jù)傳輸上，本系統(tǒng)選擇了GPRS模塊MC55，其尺寸小、重量輕、傳輸速度快等優(yōu)勢保證了電動車的遠(yuǎn)程監(jiān)控。</p><p>　　關(guān)鍵詞 電動車 蓄電池 LPC2131 GPRS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Today's world, people cr

4、eate wealth and rapid development of a civil the same time, also brought many negative effects, environmental protection and energy could be an important on two levels. Widely used in traditional cars is causing enormous

5、 environmental pollution and consumption of non-renewable energy an important factor. Its emissions than electric vehicles, and low noise are widespread attention, and every country in the world's electric car develo

6、pment as the automotive industry. Theref</p><p>　　In this paper, based on the ARM7TDMI-S PHILIPS company LPC2131 chip for the microprocessor core, designed for electric vehicle battery voltage, current, temp

7、erature and speed monitoring information and uses GPRS wireless communication technology for remote data transmission. LPC2131 is a real-time simulation and tracking of the microprocessor, with the assembly line technolo

8、gy and low power, high performance and so on. Traffic information detection in electric vehicles, the use of the Hall and t</p><p>　　Key words electric car batteries LPC2131 GPRS</p><p><

9、b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1研究的背景及意義1</p><p>　　1.2 電動車發(fā)展概況

10、2</p><p>　　1.2.1 國外電動車發(fā)展情況2</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)電動車發(fā)展情況4</p><p>　　1.2.3 電動車發(fā)展過程中存在的問題6</p><p>　　1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展概況6</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容7</p><p>

11、;　　第二章 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案選擇8</p><p>　　2.1 方案分析與比較8</p><p>　　2.2 GPRS無線通信系統(tǒng)10</p><p>　　2.2.1 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.2.2 GPRS移動臺狀態(tài)分析11</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計13&l

12、t;/p><p>　　3.1 蓄電池數(shù)據(jù)檢測部分設(shè)計14</p><p>　　3.1.1 電壓檢測電路部分設(shè)計14</p><p>　　3.1.2 電流檢測電路部分設(shè)計15</p><p>　　3.1.3 溫度檢測電路部分設(shè)計16</p><p>　　3.2 車速檢測部分設(shè)計17</p><p

13、>　　3.3 微處理器電路部分設(shè)計19</p><p>　　3.3.1 微處理器的選擇19</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計19</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)JTAG接口電路設(shè)計19</p><p>　　3.4 按鍵和顯示電路部分設(shè)計21</p><p>　　3.5 GPRS通信

14、電路部分設(shè)計22</p><p>　　3.5.1 GPRS模塊選擇22</p><p>　　3.5.2 SIM卡電路23</p><p>　　3.6 控制電路部分設(shè)計24</p><p>　　3.7 系統(tǒng)電源電路部分設(shè)計25</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計27</p><

15、p>　　4.1 監(jiān)控系統(tǒng)主程序的設(shè)計27</p><p>　　4.2 電池數(shù)據(jù)檢測部分程序的設(shè)計28</p><p>　　4.3 按鍵部分程序的設(shè)計29</p><p>　　4.4 GPRS通信部分程序的設(shè)計30</p><p>　　第五章 系統(tǒng)抗干擾部分設(shè)計31</p><p>　　5.1 干擾分析

16、31</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計32</p><p>　　5.2.1 電源干擾控制32</p><p>　　5.2.2 隔離技術(shù)32</p><p>　　5.2.3 過壓保護(hù)電路33</p><p>　　5.2.4 去耦技術(shù)33</p><p>　　5.2.5 硬件

17、監(jiān)控電路33</p><p>　　5.3 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計34</p><p>　　5.3.1數(shù)字濾波技術(shù)34</p><p>　　5.3.2 指令冗余技術(shù)34</p><p>　　5.3.3 重復(fù)功能設(shè)定法35</p><p>　　5.3.4 軟件看門狗電路35</p><p>

18、<b>　　結(jié)論36</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　附錄40</b></p><p><b>　　Contents</b>&

19、lt;/p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　ChapterⅠIntroduction1</p><p>　　1.1 The background and significance of the subject1</p><p>

20、　　1.2 Development of electric vehicles2</p><p>　　1.2.1 The development of electric vehicles abroad2</p><p>　　1.2.2 The development of the domestic electric vehicles4</p><p>　　1.2

21、.3 Electric vehicle development problems6</p><p>　　1.3 Development of remote monitoring6</p><p>　　1.4 The main contents of this paper7</p><p>　　ChapterⅡ Remote data transmission

22、scheme of choice8</p><p>　　2.1 The program analysis and comparison8</p><p>　　2.2 GPRS wireless communication system10</p><p>　　2.2.1 GPRS network architecture10</p><p

23、>　　2.2.2 GPRS mobile station state analysis11</p><p>　　Chapter Ⅲ The design of the system hardware section13</p><p>　　3.1 Battery data detection part design14</p><p>　　3.1.1 V

24、oltage detection circuitry design14</p><p>　　3.1.2 Current detection circuitry design15</p><p>　　3.1.3 Temperature detection circuitry design16</p><p>　　3.2 Design speed detectio

25、n17</p><p>　　3.3 Microprocessor circuit design19</p><p>　　3.3.1 The choice of microprocessor19</p><p>　　3.3.2 System reset circuit design19</p><p>　　3.3.3 System JT

26、AG interface circuit design19</p><p>　　3.4 The key and display circuitry design21</p><p>　　3.5 GPRS communication circuit part of the design22</p><p>　　3.5.1 GPRS module choice2

27、2</p><p>　　3.5.2 SIM card circuit23</p><p>　　3.6 Control circuit design24</p><p>　　3.7 The system power circuit design25</p><p>　　Chapter Ⅳ System software design27

28、</p><p>　　4.1 The main design of the monitoring system27</p><p>　　4.2 Battery data detection portion of the program design28</p><p>　　4.3 The key part of the program design29<

29、/p><p>　　4.4 Part of the process design GPRS communication30</p><p>　　Chapter Ⅴ Systematic anti-interference design31</p><p>　　5.1 Interference analysis31</p><p>　　5.2

30、Hardware interference of the system32</p><p>　　5.2.1 Control the power interference32</p><p>　　5.2.2 Isolation technology32</p><p>　　5.2.3 Over-voltage protection circuit33</

31、p><p>　　5.2.4 Decoupling techniques33</p><p>　　5.2.5 Hardware Monitor circuit33</p><p>　　5.3 Software interference of the system34</p><p>　　5.3.1 Digital filter technol

32、ogy34</p><p>　　5.3.2 Technical Instruction redundancy34</p><p>　　5.3.3 Repeat function setting method35</p><p>　　5.3.4 Software watchdog circuit35</p><p>　　Conclusi

33、on36</p><p><b>　　Thanks37</b></p><p>　　References38</p><p>　　Appendix40</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1研究的背景及意義</p>

34、<p>　　在中國改革開放經(jīng)濟(jì)腳步加快的情況下，當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，交通系統(tǒng)的空前發(fā)展也是必然的。交通是和每個人都息息相關(guān)的事情，這幾年公路運(yùn)輸已經(jīng)成為超越鐵路的最重要的地面運(yùn)輸方式，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著汽車的普及,使汽車在整個社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著非常重要的角色，汽車工業(yè)的迅速發(fā)展推動了機(jī)械、能源、橡膠、鋼鐵等支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，隨著汽車總有量的增加，交通需求的急劇增長，進(jìn)入80年代

35、交通運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故、環(huán)境污染和能源消耗等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，汽車尾氣的排放的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物、硫化物等污染物已?jīng)成為大氣污染的主要原因，同時，世界石油資源的日趨緊張，石油價格始終居高不下；另一方面，人們對出行的要求也越來越高，不但追求出行的效率，而且追求出行的質(zhì)量。這些都迫使人類需要研制出無污染和節(jié)能汽車。由于電動能源具有突出的優(yōu)勢，使得電動汽車的開發(fā)和研究成為各國開發(fā)綠色汽車的主流。電動汽車具有無污染排放

36、、噪聲低、易于操縱、維修以及運(yùn)行成本低等優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的有效途徑。因此，電動汽車是2l</p><p>　　隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)成為日常生活中的重要輔助設(shè)備。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實現(xiàn)對現(xiàn)場使用的設(shè)備遠(yuǎn)距離監(jiān)視和控制，以了解控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。使有關(guān)部門及時掌握現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，及時做出決策，加強(qiáng)對設(shè)備的管理。

37、在經(jīng)濟(jì)腳步加快的情況下，電動車車工業(yè)的發(fā)展迅猛如飛，以及現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面技術(shù)的不斷融入，電動車結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，自動化程度越來越高。同時，及時掌握電動車電池電流、電壓、電量等信息對電動車的安全性有一定的保證。因此，成功解決對電動車車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，發(fā)展智能交通系統(tǒng)，準(zhǔn)確地掌握實時信息，成為等待解決的具有重大現(xiàn)實意義的課題。</p><p>　　1.2 電動車發(fā)展概況</p&g

38、t;<p>　　1.2.1 國外電動車發(fā)展情況</p><p>　　國外的電動車分為了純電動車、混合動力電動車和燃料電動車三個方向進(jìn)行發(fā)展。</p><p>　　(1)純電動汽車的發(fā)展</p><p>　　純電動汽車由蓄電池供電，電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛前進(jìn)。純電動汽車行駛時的零排放，受到環(huán)保界的高度重視，被認(rèn)為是本世紀(jì)城市交通工具的首選。十九世紀(jì)以來，世界

39、各地就一直運(yùn)行著各式各樣的純電動汽車，英國保有的純電動汽車目前居世界首位。上世紀(jì)九十年代開始，新一代的電動汽車不斷涌出，GM公司推出EV-1和S-10，法國1995年建成了世界上第一條電動轎車專用生產(chǎn)線，日本各地使用著數(shù)十種約7400臺的各式純電動汽車，在美洲商業(yè)化的純電動汽車也已達(dá)到了6000輛，在歐洲共同體的主要城市基本上都有試運(yùn)行的電動公交車。</p><p>　　目前，純電動汽車的技術(shù)已基本成熟，但儲能器

40、件的技術(shù)進(jìn)展還不能滿足純電動汽車的運(yùn)營要求。由于目前動力蓄電池的比能量、比功率較小，帶來了車輛自重大、充一次電續(xù)駛里程短的致命缺點，因此，發(fā)展純電動汽車的大范圍市場化遇到了暫時的困難，一些針對普通消費者的純電動汽車己停止銷售。生產(chǎn)單位轉(zhuǎn)而向公交運(yùn)營、租賃服務(wù)、社區(qū)交通、專用車輛等方向發(fā)展，電動汽車小型化、個性化也是純電動汽車的一個新的發(fā)展方向。在英國約2萬輛電動車每天清晨給家家戶戶送鮮牛奶。法國電動汽車的保有量己達(dá)一萬輛，除了環(huán)衛(wèi)、市政

41、、公交等部門使用外，個人交通和汽車租賃也占很大比重。美國圣芭芭拉城試驗運(yùn)行的電動公交小巴、紐約市運(yùn)行的電動客車不僅深受市民喜愛，還可以實現(xiàn)贏利，目前正在擴(kuò)大規(guī)模。</p><p>　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，只有純電動汽車才能從根本上解決汽車發(fā)展給人類帶來的能源與污染問題，盡管暫時遇到困難，隨著技術(shù)進(jìn)步，純電動汽車將在不遠(yuǎn)的未來成為城市內(nèi)交通的主要工具。</p><p>　　(2)混合動力汽車的發(fā)展

42、</p><p>　　混合動力電動汽車動力組成通常同時包含有熱機(jī)和電機(jī)兩部分。根據(jù)動力傳輸方案的不同，又有并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)之分。由于動力組成中含有熱機(jī)部分，車輛的續(xù)行里程可以通過加油得到延續(xù)[7]。從上個世紀(jì)九十年代起，各大汽車生產(chǎn)商就不斷推出各種方案的混合動力試驗樣車，從比利時的布魯塞爾到澳大利亞的堪培拉，世界各地試驗運(yùn)營著各式方案的混合動力電動汽車。</p><p>　　直到新一代混合

43、動力汽車Prius(豐田公司)的上市，才改變了人們原先僅把混合動力電動汽車當(dāng)作純電動汽車發(fā)展道路的中間過度車型的觀念。Prius混合動力方案，將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相組合，電動機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步、加速時所需轉(zhuǎn)矩，又可以通過發(fā)電機(jī)工況吸收內(nèi)燃機(jī)功率不能完全被利用時富裕的部分功率和車輛制動的能量，返回儲能器件存儲。這樣一來，可以大大降低油耗，以減少污染物排放。目前，豐田公司Prius、本田公司Insight和日產(chǎn)公司Tino

44、混合動力電動汽車已批量投放市場，截至2003年7月31日為止，Prius己總計售出了123174輛，Honda Insight總計售出了14478輛，Honda civic總計售出了32873輛，Estima HV總計售出了20233輛，Crown總計售出了4333輛，Tino HV總計售出了100輛，美國各大汽車廠也推出了各式混合動力轎車，與日本的汽車企業(yè)開始了在混合動力車市場的競爭，美國GM推出Precept, Ford推出Esca

45、pe, Prodigy,Daimler-Chrysler推出Dodge ESX3，法國推出貝靈格型和XSA</p><p>　　(3)燃料電池汽車的發(fā)展</p><p>　　燃料電池汽車的發(fā)展前景為各國普遍看好，燃料電池中的氫與氧化劑中的氧分別在電解質(zhì)兩邊的正負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)生成水，同時產(chǎn)生電流。它不經(jīng)歷熱機(jī)過程，是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換效率高。依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為

46、堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池等。在1993年的加拿大溫哥華科技展覽會上，加拿大的Ballard公司推出了世界上第一輛以質(zhì)子交換膜燃料電池為動力的電動公共汽車，可載客20人。燃料電池是唯一同時兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作的動力裝置，給汽車動力帶來一場革命。使電動汽車脫離了傳統(tǒng)的以充電方式補(bǔ)充能源的模式，而采用加注“燃料”的方式補(bǔ)充能源，使電動汽車使用范圍不受充

47、電設(shè)施的限制。</p><p>　　國外各企業(yè)界對這種革命性的清潔型汽車都給予厚望，紛紛組成強(qiáng)大的跨國聯(lián)盟，共同開發(fā)燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)，以希望達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。如日本豐田與美國通用公司，日本東芝公司與美國國際燃料電池公司，德國BMW公司與西門子公司，雷諾汽車公司與意大利De Nora公司，加拿大的巴拉德、美國的福特、德國的戴姆勒-克萊斯勒聯(lián)盟(XCELLSIS)等等。各大汽車公司大多推出了品種繁多的各式燃料

48、電池樣車。</p><p>　　美國戴姆勒-克萊斯勒公司的甲醇改質(zhì)型燃料電池汽車“NECARS”于2002年5月20日從舊金山出發(fā)，成功橫穿了北美大陸，在歷經(jīng)16天之后的6月4日抵達(dá)美國華盛頓特區(qū)。這是燃料電池汽車首次成功橫穿北美大陸，行駛距離為5250km，最高時速達(dá)到了145km/h。</p><p>　　通用公司繼AUTOnomy燃料電池概念車在底特律車展上亮相之后，又推出Hy-Wi

49、re全新概念車，它由德國通用動力設(shè)計工作室所提供的燃料電池，可讓Hy-wire擁有160km /h的安全極速。</p><p>　　福特汽車公司采用了最新的混合動力電動汽車技術(shù)與先進(jìn)的新式燃料電池打造了一款全新的高效率、零排放福特“焦點”(Focus)轎車，這是公司有史以來最先進(jìn)的環(huán)保型汽車，也是業(yè)內(nèi)第一批“混合動力燃料電池車”，它將混合動力技術(shù)所改善的行駛里程與動力性的優(yōu)點與燃料電池的綜合效益結(jié)合了起來。<

50、;/p><p>　　現(xiàn)代集團(tuán)在Santa Fe型車的基礎(chǔ)上開發(fā)了燃料電池汽車，該車采用輕度材料及鋁制底盤，整車質(zhì)量只有1615kg，采用75kW的質(zhì)子交換膜燃料電池及65kW的感應(yīng)電機(jī)。2000年11月，現(xiàn)代汽車與夏威夷政府聯(lián)合開發(fā)電動汽車，目前己有15輛Santa Fe燃料電池汽車試運(yùn)行。</p><p>　　燃料電池汽車以其高效、零污染的特點在世界范圍內(nèi)引起了汽車行業(yè)的廣泛關(guān)注。美國、歐洲

51、和日本的著名汽車公司紛紛投入巨資進(jìn)行燃料電池汽車的研發(fā)，并已經(jīng)取得驚人的成果。各國政府也在法規(guī)和政策方面給予極大的支持，近期聯(lián)合國開發(fā)計劃署出資在全球5個國家6個城市進(jìn)行燃料電池公共汽車的示范運(yùn)行。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)電動車發(fā)展情況</p><p>　　上世紀(jì)80年代初，我國就開展了電動汽車研究，曾被列入過國家八五規(guī)劃。目前，我國政府也極為關(guān)注開發(fā)電動汽車的各項關(guān)鍵技術(shù)，

52、并以產(chǎn)業(yè)化為最終目標(biāo)，先后將電動汽車列入“九五”攻關(guān)重大項目以及“863”重大專項。近幾年中，已研制出部分樣車。</p><p>　　東風(fēng)汽車公司在1996年就推出電動汽車樣車，最近又聯(lián)合湖北省的高校和科研力量，共同組建了“東風(fēng)電動車輛股份有限公司”,專門開發(fā)生產(chǎn)電動汽車。目前東風(fēng)電動車輛股份有限公司同時承擔(dān)兩個“863”整車項目。一是EQ7200HEV混合動力轎車。該車是以EQ7200-II車型為基礎(chǔ)，采用電控

53、自動式變速箱，配置直流永磁無刷電動機(jī)和鎳氫電池。二是EQ61100HEV混合動力公交車。該車采用開關(guān)磁阻電機(jī)、康明斯ISBe150四缸共軌電噴柴油機(jī)、全新設(shè)計的車身底盤系統(tǒng)、電控自動變速箱和創(chuàng)新型并聯(lián)機(jī)電耦合設(shè)計方案。</p><p>　　長春一汽集團(tuán)公司正在研發(fā)“解放牌”混合動力城市客車和“紅旗牌”混合動力轎車，其中混合動力客車項目屬于國家“863”項目。“解放牌”混合動力城市客車的樣車具有純電動驅(qū)動、發(fā)動機(jī)單

54、獨驅(qū)動（同時充電）、聯(lián)合驅(qū)動、電機(jī)啟動發(fā)動機(jī)以及滑行再生制動5種行車模式，配套的動力總成控制實驗室已投入使用。</p><p>　　上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司聯(lián)合上海汽車工業(yè)（集團(tuán)）總公司和同濟(jì)大學(xué)共同承擔(dān)國家“863”電動汽車重大專項-燃料電池轎車項目，已經(jīng)研制出春暉一號、超越一號兩款燃料電池轎車的樣車?！按簳熞惶枴彼妮嗠婒?qū)動燃料電池轎車最高時速控制在50km/h， 配置鋰離子蓄電池和燃料充氫電池兩種混合

55、動力,蓄電池一次充電的續(xù)駛里程是50km，加氫后的續(xù)駛里程為150km。“超越一號”燃料電池混合動力轎車已經(jīng)通過驗收[11]。</p><p>　　上海泛亞汽車技術(shù)中心有限公司研制的“鳳凰”燃料電池汽車是以上海通用汽車生產(chǎn)的別克GL8商務(wù)用車為原型，由通用汽車提供燃料電池組和技術(shù)支持，由泛亞汽車技術(shù)中心負(fù)責(zé)整車系統(tǒng)集成，是一種燃料電池與蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的串聯(lián)型混合動力汽車。</p><p>

56、　　奇瑞公司與合肥工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈電發(fā)電設(shè)備國家工程技術(shù)研究中心、安徽英科智能研究所等高校和科研單位聯(lián)合研制的奇瑞混合動力轎車，采用的是1.0升發(fā)動機(jī)，其動力性可達(dá)到1.6升發(fā)動機(jī)的傳統(tǒng)轎車水平，其最高時速可達(dá)160km/h，城市工況的百公里油耗約為6升左右，排放可達(dá)歐Ⅳ以上標(biāo)準(zhǔn)。上海交通大學(xué)與奇瑞公司聯(lián)合承擔(dān)的國家“863”項目電動汽車重大專項：奇瑞-交大“863”純電動轎車QR課題，目前已經(jīng)開發(fā)出5輛樣車并

57、通過科技部組織的驗收[11]。</p><p>　　長安汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司聯(lián)合清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校和科研單位承擔(dān)的“863”項目ISG混合動力長安轎車整車匹配項目，目前已經(jīng)通過國家級驗收。長安公司生產(chǎn)的兩款混合動力轎車是在SC7130(鈴羊)型轎車平臺上開發(fā)的，有手動檔和自動檔兩種車型。</p><p>　　清華大學(xué)成立的北京清華新能源汽車工程中心，承

58、擔(dān)了國家“863”項目“燃料電池城市客車整車技術(shù)的研究開發(fā)”和北京市科委有關(guān)電動汽車的研究課題。目前已經(jīng)研制出12輛16座中巴環(huán)保燃料電池輕型客車樣車投入運(yùn)行，其中有3輛在清華大學(xué)校內(nèi)以使用了多年[13]。</p><p>　　純電動旅游客車由北京理工大學(xué)與北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司共同研制，該車安裝了鋰離子電池組、超級電容儲能系統(tǒng)、先進(jìn)的多能源管理控制系統(tǒng)和交流驅(qū)動系統(tǒng)，整車已通過型式認(rèn)證試驗。純電動低地

59、板公交車是北京理工大學(xué)與北京市公共交通總公司聯(lián)合研制的適應(yīng)城市客運(yùn)需要以及環(huán)保要求的新車型，該車采用了先進(jìn)的空氣懸掛系統(tǒng)，車身可自由升降、側(cè)傾，充分考慮了殘障乘客上下車的方便性。</p><p>　　1.2.3 電動車發(fā)展過程中存在的問題</p><p>　　綜合國內(nèi)外電動汽車發(fā)展的現(xiàn)狀可見，電動汽車雖然有低噪聲、零排放、綜合應(yīng)用能源等突出優(yōu)點，但其技術(shù)的綜合性能指標(biāo)尚未達(dá)到實用的要求。發(fā)

60、展電動車必須解決幾項主要關(guān)鍵技術(shù)，電池、電機(jī)及其控制器、電動汽車整車與社會的基礎(chǔ)設(shè)施(充電站) [5]。電池技術(shù)的落后是限制電動車普及的最主要障礙：蓄電池的比能量較低；電池的比功率不夠：蓄電池的質(zhì)量在電動車自身質(zhì)量中占了很大比例，增加了不少能量消耗；為了使電動車在舒適性、操作性上達(dá)到燃油車的水平，還需要增加一系列耗電的設(shè)備。受這些因素制約，使其尚難達(dá)到產(chǎn)業(yè)化階段，仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需進(jìn)一步深入研究、試驗和開發(fā)。</p>&l

61、t;p>　　無論從環(huán)保角度還是能源角度看，未來電動車都需要有一個大的發(fā)展。開發(fā)將關(guān)系到眾多工業(yè)的興衰，能成為未來新的經(jīng)濟(jì)增長點。在我國，電動車更有著獨特的市場，大都市都普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題。作為一種小型、中速和短途的日常交通工具，電動車是十分理想的，在中國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。可以預(yù)言，在全球性大力推進(jìn)研究開發(fā)電動汽車技術(shù)的21世紀(jì)，電動汽車的產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)入商業(yè)營運(yùn)市場的實用化時期必將

62、到來。</p><p>　　1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展概況</p><p>　　遠(yuǎn)程監(jiān)控是國內(nèi)外研究的前沿課題，國內(nèi)外都展開了積極的研究。1997年1月，首屆基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷工作會議由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦，有來自30個公司和研究機(jī)構(gòu)的50多位代表到會。會議主要討論了有關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議及對用戶的合法限制等，并對未來技術(shù)發(fā)展作了展望。由斯

63、坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開發(fā)基于Internet的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，這項工作同時也得到了制造業(yè)、計算機(jī)業(yè)和儀器儀表業(yè)的12家大公司的熱情支持和通力配合。之后，由這些公司共同推出了一個實驗性的系統(tǒng)Testbed。Testbed用嵌入式Web組網(wǎng)、用實時JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范圍內(nèi)的信息監(jiān)控和診斷推理。</p><p>　　另外，許多國際組織，也紛紛通過網(wǎng)絡(luò)

64、進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。許多大公司也在他們的產(chǎn)品中加入了Internet的功能，如Bently公司的計算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)Data Manager 2000可以通過網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；著名的National Instruments公司也在它的產(chǎn)品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了網(wǎng)絡(luò)通訊處理模塊，因而

65、可以通過WWW、FTP（文件傳輸協(xié)議）、Email方式在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送。法國“ALARM”研究組對生產(chǎn)過程的智能報警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長期研究，并在多個項目中進(jìn)行了應(yīng)用。   國內(nèi)對于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)也開展了積極的研究。目前，西安交大、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等高校已取得了較為先進(jìn)的研究成果，如西安交通大學(xué)研制的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)”、華中科技大學(xué)開發(fā)的“汽

66、輪機(jī)工況監(jiān)測和診斷系統(tǒng)”、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“微計算機(jī)化機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷專家系統(tǒng)”等。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　針對目前能源情況與環(huán)境所造成的社會問題，本文結(jié)合GPRS無線通信技術(shù)，設(shè)計了基于LPC2131的電動車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容：</p><p>　　(1

67、)對電動車行駛車速的檢測，以及對電動車的蓄電池電壓、電流和溫度的檢測；</p><p>　　(2)采用LPC2131進(jìn)行對檢測數(shù)據(jù)的處理；</p><p>　　(3)對系統(tǒng)的按鍵、顯示以及控制電路的設(shè)計；</p><p>　　(4)采用GPRS無線通信將電動車的運(yùn)行車速，蓄電池電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)端傳輸；</p><p>　　(5)對系

68、統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計和抗干擾的設(shè)計。</p><p>　　第二章 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案選擇</p><p>　　2.1 方案分析與比較</p><p>　　車輛監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)要考慮多方面因素，包括監(jiān)控的覆蓋范圍、實時性、調(diào)度業(yè)務(wù)、成本費用等。無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備作為基站與各移動目標(biāo)進(jìn)行信息交換的樞紐部分，是整個監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成。因此，選擇合適的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案就顯得尤為重要。

69、目前的車輛監(jiān)控系統(tǒng)采用的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方案主要有無線電臺、集群通信系統(tǒng)、GSM通信系統(tǒng)服務(wù)和GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)通信系統(tǒng)。</p><p><b>　　方案一：無線電臺</b></p><p>　　車載無線電臺，就是利用音頻調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號調(diào)制到音頻帶寬，由車載電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送[4]。但其有比較多的缺陷方面:首先，因為移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，頻率資源的利用非常緊張，常規(guī)

70、的無線電臺可用頻率資源非常少，一般的部門要申請專用頻點非常困難，而且容易出現(xiàn)因管理不到位而引起有些地方申請到的頻點亦因干擾太嚴(yán)重而不能很好地進(jìn)行工作;其次，巡檢速率較低，不適宜于車輛較多的系統(tǒng)。因為我國的移動通信兩個頻點間的間隔只有25KHz，所以當(dāng)調(diào)制不合適，或碼速率過高時，都將造成誤碼率增大，對旁頻的干擾超標(biāo);再次，由于車載電臺本身天線的架設(shè)高度較低，而作用距離主要受到控制中心天線架設(shè)高度的限制，因而會導(dǎo)致通信覆蓋范圍較小，而且容易

71、受到外界無線電信號的干擾，使得數(shù)據(jù)發(fā)送成功率受到影響。</p><p>　　方案二：集群通信系統(tǒng)</p><p>　　集群通信系統(tǒng)是采用大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的方式工作的一種移動通信專用網(wǎng)。集群系統(tǒng)的主要優(yōu)點是共用頻率資源，共享覆蓋區(qū)，共同分擔(dān)建網(wǎng)費用。由于采用大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的方式，因而它可得到較寬的業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)。集群系統(tǒng)的控制方式可分為分散式控制信道方式和集中式控制信道方式，但無論使用那種方式，都需有一定的入

72、網(wǎng)接續(xù)時間，一般約0.5秒或更多。集群系統(tǒng)比較適用于已經(jīng)建有集群通信網(wǎng)，且冗余頻率資源比較多，業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域要求比較大的GPS定位管理系統(tǒng)。但是，由于集群系統(tǒng)不是單為GPS定位管理而建的，就會出現(xiàn)一個業(yè)務(wù)分配的問題。如果所有信道都隨機(jī)分配給GPS業(yè)務(wù)和非GPS業(yè)務(wù)，在兩者業(yè)務(wù)都繁忙時，就會發(fā)生互相影響。如果撥出一部分信道給GPS信息傳輸專用，那集群系統(tǒng)本身和常規(guī)無線電臺無多大差別。而且，由于集群系統(tǒng)信令傳輸要占去相當(dāng)長時間，每一個頻道的利

73、用率必然要低于常規(guī)無線電臺傳輸。在集群系統(tǒng)留給GPS定位信息傳輸可用的信道不多的情況下，這種傳輸方式并不適宜于較多車輛的GPS定位傳輸系統(tǒng)應(yīng)用。并且這種傳輸系統(tǒng)的成本亦要比常規(guī)無線電臺傳輸方式高得多。</p><p>　　方案三：GSM通信系統(tǒng)服務(wù)</p><p>　　GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱

74、"全球通"，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它具有以下技術(shù)特點。</p><p>　　(1)頻譜效率。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。 </p><p>　　(2)容量。由于每個信道傳輸帶寬增加，使同頻復(fù)用比要求降低至9dB，故GSM系統(tǒng)的同頻復(fù)用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更?。M系統(tǒng)為7/21）；加上半速率

75、話音編碼的引入和自動話務(wù)分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使GSM系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比TACS系統(tǒng)高3～5倍。 </p><p>　　(3)開放的接口。GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且包含報刊網(wǎng)絡(luò)直接接口以及網(wǎng)絡(luò)中個設(shè)備實體之間。 </p><p>　　(4)安全性。通過鑒權(quán)、加密和TMSI號碼的使用，達(dá)到安全的目的。鑒權(quán)用來驗證用戶的入網(wǎng)權(quán)利。加密用于空中

76、接口，由SIM卡和網(wǎng)絡(luò)AUC的密鑰決定。TMSI是一個由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)給用戶指定的臨時識別號，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。 </p><p>　　(5)與ISDN、PSTN等的互連。與其他網(wǎng)絡(luò)的互連通常利用現(xiàn)有的接口，如ISUP或TUP等。 </p><p>　　(6)在SIM卡基礎(chǔ)上實現(xiàn)漫游。漫游是移動通信的重要特征，它標(biāo)志著用戶可以從一個網(wǎng)絡(luò)自動進(jìn)入另一個網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游

77、，當(dāng)然也需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者之間的某些協(xié)議，例如計費。</p><p>　　但這種通信系統(tǒng)目前還存在較多缺點，主要是:系統(tǒng)運(yùn)營費用較高，本監(jiān)控系統(tǒng)需要經(jīng)常發(fā)送車輛的行駛狀態(tài)信息，難以承受高額的通信費用。同時，系統(tǒng)的延時較長，對實時性無法保證，并不太適用于本系統(tǒng)。</p><p>　　方案四：GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)通信系統(tǒng)</p><p>　　GPRS(GeneralPacke

78、tRadinService，通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱)作為第二代移動通信技術(shù)GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技術(shù)，是由英國BTCellnet公司在1993年提出，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[3]。GPRS相對GSM有很顯著的優(yōu)越性。其中主要一點是分組交換允許眾多用戶共用同一物理設(shè)施，而一條電路只能由當(dāng)前用戶專用。這一優(yōu)勢尤其適用于突發(fā)性極強(qiáng)、對延遲變化不敏感的數(shù)據(jù)業(yè)

79、務(wù)。因此當(dāng)鏈路帶寬允許時就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的緩沖和傳送。這種功能可以通過帶寬的共用節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)的成本。同時利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸還具有永遠(yuǎn)在線、按流量計費、登錄快捷、高速傳輸?shù)葍?yōu)點。</p><p>　　通過方案比較，GPRS無線通訊系統(tǒng)最適合用于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式。</p><p>　　2.2 GPRS無線通信系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1 GPRS的網(wǎng)

80、絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　GPRS網(wǎng)絡(luò)采用分組交換技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)和信息，有效地利用了網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源[2]。GPRS網(wǎng)絡(luò)是在原來的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了一些新網(wǎng)元，如SGSN、GGSN等，并對原有的一些網(wǎng)元，如Bss.MSC等作了必要的升級。GPRS通信系統(tǒng)由下述功能單元組成。</p><p>　　(1)服務(wù)GPRS支持節(jié)點(ServingGPRSSupportNode，SGSN):執(zhí)

81、行用戶位置管理、安全功能和接入控制功能，提供移動性管理。</p><p>　　(2)關(guān)口GPRS支持節(jié)點(GatewayGPRSSupportNode，GGSN):提供 GPRSPLMN與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口的協(xié)議，并且有計費功能它提供路由選擇功能，負(fù)責(zé)分配IP地址，實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)GGSN通過可選的GC接口向HLR請求用戶的位置信息。</p><p>　　(3)邊界網(wǎng)關(guān) (BorderGa

82、teway，BG):為實現(xiàn)不同PLMN之間互聯(lián)而采用的邊界設(shè)備。</p><p>　　(4)計費網(wǎng)關(guān)(ChargingGat，ay，CG):用于收集各GSN發(fā)送的計費數(shù)據(jù)，是記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行計費的設(shè)備。</p><p>　　(5)域名服務(wù)器(DNS):用于完成對域名的解析即將邏輯名稱轉(zhuǎn)化為IP地址。</p><p>　　(6)移動臺(MS):用戶使用的設(shè)備，由移動終端

83、(MT)或移動終端和終端單元(TE)的組合構(gòu)成。</p><p>　　(7)其它設(shè)備:BSS，HLR，MSC/VLR，SMS-GMSC和SMS-IWMSC等GSM原有設(shè)備被擴(kuò)展以支持相應(yīng)的與GPRS有關(guān)的功能。</p><p>　　2.2.2 GPRS移動臺狀態(tài)分析</p><p>　　與GPRS用戶相關(guān)的移動性管理定義了空閑(Idle)、等待(Standby)、就

84、緒(Ready)三種不同的移動性管理狀態(tài)，每一種狀態(tài)都描述了一定的功能性級別和分配的信息[1]。這些由移動臺(MS)和SGSN所擁有的信息集合稱作移動性管理環(huán)境。</p><p><b>　　(1)空閑狀態(tài)</b></p><p>　　在GPRS空閑狀態(tài)中，用戶沒有激活GPRS移動性管理。移動臺(MS)和SGSN環(huán)境中沒有存儲與這個用戶相關(guān)的有效的位置信息或路由信息。

85、因此在這個狀態(tài)下不能進(jìn)行與用戶有關(guān)的移動性管理過程。</p><p>　　在這個狀態(tài)下，MS完成PLMN選擇、GPRS選擇和重選擇過程。MS除了只能收到PTM-M的信息外，移動用戶不能進(jìn)行PTP和PTM-G數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)在這種情況下也無法尋呼到該用戶。MS通過執(zhí)行GPRS激活過程在MS和SGSN中建立移動性管理(MM)環(huán)境。</p><p><b>　　(2)等待狀態(tài)&l

86、t;/b></p><p>　　在等待狀態(tài)下，用戶可進(jìn)行GPRS移動性管理。在MS和SGSN中的MM環(huán)境已經(jīng)創(chuàng)建了用戶的IMSI(International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶標(biāo)識號)，此時MS可以接收PTM-M和PTM-G數(shù)據(jù)，也可以接收對PTP或PTM-G數(shù)據(jù)傳輸所進(jìn)行的尋呼，以及經(jīng)由SGSN發(fā)送的CS尋呼。但在這個狀態(tài)下，不能進(jìn)行PTP數(shù)據(jù)收發(fā)和PTM-

87、G數(shù)據(jù)的發(fā)送。</p><p>　　MS執(zhí)行GPRS路由區(qū)(RA)選擇、GPRS蜂窩選擇和本地重選功能。當(dāng)MS進(jìn)入一個新的路由區(qū)時MS會執(zhí)行移動性管理過程來通知SGSN。而在同一路由區(qū)中改變蜂窩時就不需通知SGSN。因此，在等待狀態(tài)下SGSN MM環(huán)境中的位置信息僅包含MS的GPRS路由區(qū)標(biāo)識[9]。</p><p>　　在等待狀態(tài)時，MS啟動PDP環(huán)境的激活或去活。一個PDP環(huán)境將會在數(shù)

88、據(jù)發(fā)送或接收前被激活。如果PDP環(huán)境己被激活，SGSN可在MM等待狀態(tài)下接收移動終端的PTP或PTM-G分組，并且SGSN會在這個MS所處的路由區(qū)中發(fā)送一個尋呼請求。當(dāng)MS響應(yīng)了這個尋呼，MS中的MM的狀態(tài)就會轉(zhuǎn)變到就緒狀態(tài)。</p><p>　　在SGSN中，如果它收到了MS對尋呼的回應(yīng)信息，其MM狀態(tài)也會轉(zhuǎn)變到就緒狀態(tài)。同樣，當(dāng)數(shù)據(jù)或信令從MS處發(fā)送時，MS的MM狀態(tài)會改變到就緒狀態(tài)。相應(yīng)地，當(dāng)SGSN收到M

89、S發(fā)來的數(shù)據(jù)和信令時，其MM狀態(tài)也會改變到就緒狀態(tài)。MS可以運(yùn)行GPRS斷開過程進(jìn)入空閑狀態(tài)。</p><p><b>　　(3)就緒狀態(tài)</b></p><p>　　在就緒狀態(tài)下，SGSN MM環(huán)境會對在相應(yīng)的等待狀態(tài)下的MM環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)充，它擴(kuò)充了在蜂窩級用戶的位置信息。MS執(zhí)行移動性管理過程向網(wǎng)絡(luò)提供實際所選擇的蜂窩，GPRS的蜂窩選擇和重選由MS在本地完成，或可

90、以選擇由網(wǎng)絡(luò)控制來完成。</p><p>　　該狀態(tài)下，MS可以收發(fā)PTP PDU，網(wǎng)絡(luò)啟動對MS的GPRS業(yè)務(wù)尋呼，但對其他業(yè)務(wù)的尋呼由SGSN來完成。</p><p>　　同時，MS能收到PTM-M和PTM-G數(shù)據(jù)，而且還可以激活或去活PDP環(huán)境。不管某一無線資源是否已分配給了用戶，即使沒有數(shù)據(jù)傳送，MM環(huán)境也總保持就緒狀態(tài)。就緒狀態(tài)由一個計時器監(jiān)控，當(dāng)就緒狀態(tài)計時器超時，MM環(huán)境就會

91、從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)移到等待狀態(tài)。MS可以啟動一個GPRS業(yè)務(wù)斷開過程，來實現(xiàn)從就緒狀態(tài)向空閑狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。</p><p>　　當(dāng)移動臺處于空閑、待命、就緒這3種移動性管理狀態(tài)下時，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移主要依據(jù)是當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前所發(fā)生的事件來判斷。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)主要分為以下四大部分:(1)數(shù)據(jù)檢測部分，（2）數(shù)據(jù)處理部分

92、，(3)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)端傳輸部分，(4)人機(jī)接口及輔助電源部分。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)整體框圖</p><p>　　數(shù)據(jù)檢測部分又可分為對電池信息檢測和車速檢測兩大部分，電池信息檢測部分又可分為電壓檢測、電流檢測、溫度檢測三部分。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)端傳輸部分選用了西門子公司的GPRS模塊MC55。在人機(jī)接口部分中，分別設(shè)計了按鍵部分和顯示部分，方便了對系統(tǒng)限額參數(shù)設(shè)

93、定和數(shù)據(jù)查詢操作。</p><p>　　3.1 蓄電池數(shù)據(jù)檢測部分設(shè)計</p><p>　　蓄電池信息檢測部分是通過采集蓄電池的性能參數(shù)，對蓄電池進(jìn)行分析和監(jiān)控，從而保證更好地使用電動車蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。所以在硬件系統(tǒng)中，檢測電路是非常重要的一部分。本系統(tǒng)將監(jiān)控的電動車所使用的蓄電池為德國百納德上海分公司出品的NP150-12型鉛酸蓄電池，額定容量為150AH,電壓12V，其適

94、應(yīng)溫度廣、自放電小、無游離電解液，側(cè)倒90度仍能使用等特點非常適用于電動車系統(tǒng)。本設(shè)計檢測的蓄電池信號有：蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池溫度。</p><p>　　3.1.1 電壓檢測電路部分設(shè)計</p><p>　　電動車的蓄電池電壓是電動車行駛過程所需要掌握的重要特性，要衡量電動車的動力性及了解和掌握電動車的運(yùn)行狀態(tài)，就必須及時的跟蹤電動車的蓄電池電壓。電壓檢測的電路圖如圖3-2所示。

95、</p><p>　　圖3-2 電壓檢測電路圖</p><p>　　電壓檢測電路的電壓采集由R2、R3組成。R2和R3串聯(lián)后并接到電池的兩極。電池兩極的電壓一般都在10V以上，超出了A/D采樣的范圍，因此我們要通過R2和R3適當(dāng)分壓。出于要濾除雜波的考慮，將R3/R2的值取得比較小，這樣R2上的分壓值也就很少。在通過濾過雜波和電壓跟隨器，最后在送入AD7890進(jìn)行采樣。</p>

96、<p>　　3.1.2 電流檢測電路部分設(shè)計</p><p>　　電流檢測電路的輸入信號為蓄電池組的串聯(lián)電流。目前待測的蓄電池的供電電流在150A以內(nèi)，所以應(yīng)選擇大電流傳感器。同時，當(dāng)需要對蓄電池進(jìn)行充電時，沖電電流最高為30A，但與放電電流方向相反，這里以負(fù)號代表充電電流。</p><p>　　電流檢測選用了霍爾型電流傳感器?；魻杺鞲衅餍阅芎茫褂梅奖?，另外他屬于隔離測量，

97、本身器件的故障不會影響到蓄電池組的正常工作，可靠性高。</p><p>　　采用霍爾電流傳感器將電流量轉(zhuǎn)化為電壓量，輸出信號送給調(diào)理電路處理后，傳給A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。選擇CSM100LA作為電流傳感器。具體參數(shù)如下：</p><p>　　(1)額定電流100A，電流測量范圍[0～±150A]</p><p>　　(2)正副線圈比值1：2000&l

98、t;/p><p>　　(3)電源±12～±15(±5%)</p><p>　　(4)精度±0.7%</p><p>　　(5)線性度<0.1％</p><p>　　電流檢測電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 電流檢測電路圖</p><p>

99、;　　輸出端電壓可由式（3-2）求出 ，其中I為輸入電流，為輸出端連接電阻阻值。選取 =40，則輸出電壓范圍為[-0.6V,3V]。消耗的功率為 （3-1）</p><p>　　同時，輸出的電壓需要濾波，電感L3、電容C17、C18則一同構(gòu)成了濾波的電路部分。</p><p><b>　?。?-2）</b></p>

100、<p>　　3.1.3 溫度檢測電路部分設(shè)計</p><p>　　電動車的蓄電池的溫度是影響蓄電池正常工作的重要因素之一，每一種蓄電池都有它的安全工作溫度范圍，溫度過高或過低都會影響蓄電池的使用壽命。蓄電池在工作過程中始終伴有溫度的變化。通過設(shè)定上下限制，防止蓄電池過熱影響壽命。蓄電池有故障的時候，它的溫度會有異常變化。所以實時監(jiān)控蓄電池的溫度很有必要，盡早查出異常電池盡早更換。因此必須對蓄電池溫度進(jìn)

101、行測量。</p><p>　　本系統(tǒng)將采用熱敏電阻進(jìn)行電池溫度的測量，與電橋電路相結(jié)合，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。溫度檢測電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 溫度檢測電路圖</p><p>　　電路中3個電阻器與熱敏電阻RMDZ1構(gòu)成一個單臂電橋，電橋的作用在于激勵出熱敏電阻差分電壓信號。設(shè)計中R10、R11、R12均采用7.5K的標(biāo)準(zhǔn)精密金屬膜電阻

102、，其熱敏電阻阻值在3～15變化會形成約-0.25～+0.20V的差分信號輸出。</p><p>　　因為傳感器輸出的電壓很小不能直接送到A/D轉(zhuǎn)換芯片中，所以需要放大器將輸出的電壓放大。本系統(tǒng)采用AD620來擔(dān)任此任務(wù),它是一款低成本、高精度、單芯片儀表放大器，具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移等特性，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10000。</p><p>　　為保護(hù)增益控制的高

103、精度，AD620輸入端的三極管提供簡單的差分雙極輸入，并采用高工藝獲得更低的輸入偏置電流，通過輸入級內(nèi)部運(yùn)放的反饋，保持輸入三極管的集電極電流恒定，并使輸入電壓加到外部增益電阻。本檢測電路的增益可由R14來調(diào)整:R14= 1k時,增益約為50; R14=10k時,增益約為6。</p><p>　　3.2 車速檢測部分設(shè)計</p><p>　　車輛的速度是車輛行駛中需要采集的重要數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)

104、選用了霍爾開關(guān)元件作為速度傳感器?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點，結(jié)構(gòu)牢固、安裝方便、功耗小、頻率高、無觸點、無磨損、無抖動、位置重復(fù)精度高。</p><p>　　檢測部分采用在變速箱的輸出軸徑向處安裝永久磁體同霍爾開關(guān)電路一起構(gòu)成速度信號采集模塊?；魻栭_關(guān)通電后，磁體每經(jīng)過一次，便輸出一個電壓脈沖，由此可根據(jù)一定時間內(nèi)所得到的脈沖數(shù)來計算車輛的行駛速度。計算過程根據(jù)車輛實時速度通過車輛的特征系數(shù)k(車輛每行駛1米里程時驅(qū)

105、動速度傳感器轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)k(r/m)被稱為車輛的特征系數(shù))和變速箱輸出軸每轉(zhuǎn)一周驅(qū)動傳感器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)n來計算。由定義可知1/k為變速箱每輸出一轉(zhuǎn)車輛所行駛的里程數(shù)。設(shè)1秒鐘內(nèi)LPC2131計數(shù)器所得到的計數(shù)值為N，可知變速箱的輸出軸轉(zhuǎn)了N/n轉(zhuǎn)，則該段時間內(nèi)車輛所行駛的里程數(shù)為N/nk，車輛的行駛速度則可由式(3-3)求出。其中，式中n可以由變速箱輸出軸上永久磁體的個數(shù)決定。式中k又可以等同于1米與車輪周長L的比值，即k=1/L<

106、;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　霍爾效應(yīng)開關(guān)傳感器選用CS3175J。其內(nèi)部由霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器和集點極開路輸出級及反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器組成?？蓪⒆兓拇艌鲂盘栟D(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。在外磁場的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閾值時，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平。隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，霍爾開關(guān)仍保持導(dǎo)通態(tài)。若外加磁

107、場的磁感應(yīng)強(qiáng)度值降低到截止值時，霍爾電路輸出管截止，輸出高電平。車速檢測電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 車速檢測電路圖</p><p>　　3.3 微處理器電路部分設(shè)計</p><p>　　3.3.1 微處理器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)的微處理器部分將采用ARM7系列中的LPC2131。</p>&l

108、t;p>　　LPC2131是基于ARM7TDMI-S的高性能32RISC微處理器 ,它具有流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時就對下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。它具有8KB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32KB的片內(nèi)Flash程序存儲器以及向量中斷控制器; 2個32位定時器（帶4路捕捉和4路比較通道）、PWM單元 (6路輸出)和看門狗；多達(dá)47個可承受5V電壓的通用I/O口。它同時還具