閆亞林 徐亞丹 苗勝

摘 要：為了提高數(shù)字信號處理的快速穩(wěn)定性，本文介紹了以 C8051F120單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計了一個具有 DI板卡、DO板卡、AI板卡，AO板卡、通信模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于純電動汽車電力驅(qū)動測試平臺系統(tǒng)的控制，將數(shù)據(jù)傳給以 Labview為虛擬儀器的上位機(jī)，經(jīng)過實驗，實驗結(jié)果表明設(shè)

計方案的可行性及良好的動靜態(tài)特性。關(guān)鍵詞：純電動汽車；C8051F120；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；串口通信

1 引言

為了有效地減少汽車排放，提高科學(xué)研究水平，純電動汽車的研究被政府列為重點(diǎn)科研項目，而純電動汽車實驗平臺則是研究電動汽車的前期工作，在電動汽車的試驗臺的研究中，采集來自開關(guān)的數(shù)字量信號、來自電壓、電流等的模擬量信號，以及對信號的實時處理就顯得格外重要，針對系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各項功能的特點(diǎn)，自行研發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [1]，可以實現(xiàn)測試平臺的基本研究。

2 純電動汽車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計

Labview采用流程式的開發(fā)環(huán)境大大簡化了程序開發(fā)的復(fù)雜程度，縮短了開發(fā)周期，且內(nèi)置了 VISA、GPIB、RS232、DAQ等模塊和基本分析庫，為實現(xiàn)工控機(jī)之間的通信、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制等綜合功能提供了一個很好的途徑。在本系統(tǒng)控制中，我們將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集 [2，3，8]的數(shù)據(jù)，傳給以 Labview為虛擬儀器的上位機(jī) [4，5，6，7]。

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，主要分為對電源模塊的設(shè)計、數(shù)字量輸入設(shè)計、數(shù)字量輸出設(shè)計、模擬量輸入設(shè)計、通信模塊設(shè)計。

2.1 電源模塊設(shè)計

由于純電動汽車電力驅(qū)動測試平臺，除了部分交流高壓供電外，大多數(shù)采用 24V電壓供電，所以電源電路設(shè)計時，不僅要考慮控制器的電源供電，也要考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個板卡的供電，以及整個平臺系統(tǒng)的其他電路供電。設(shè)計電源電路電壓由 24V經(jīng)過 7815電源芯片轉(zhuǎn)換為 15V，在經(jīng)過 7805電源芯片轉(zhuǎn)換為 5V，最后經(jīng)過 AS1117電源芯片，將電壓轉(zhuǎn)換為 3.3V，給控制器以及需要供電的電路供電。

2.2 數(shù)字量輸入輸出設(shè)計

由于給出開關(guān)信號的電氣接點(diǎn)有可能處于高壓環(huán)境，電磁干擾較強(qiáng)，為了隔離現(xiàn)場高壓，同時避免干擾，在接點(diǎn)與數(shù)字信號處理器之間加入光電耦隔離芯片，實現(xiàn)可靠的電隔離。因此，數(shù)字量輸入電路設(shè)計如圖 1所示。數(shù)字量輸出設(shè)計和數(shù)字量輸入設(shè)計一樣，為了避免干擾，加入光電隔離芯片。

該數(shù)字量輸入電路設(shè)計主要為了防止電壓過高造成對單片機(jī)端口的傷害，基本工作原理是當(dāng)外來數(shù)字量信號到達(dá)，首先經(jīng)過一個由二極管組成的防反向的電路，再經(jīng)過電容濾波，使電壓穩(wěn)定，經(jīng)過光電隔離芯片 TLP521-4，光電隔離芯片的輸出電壓 5V電平，由于單片機(jī)為 3.3V供電，考慮電平的兼容性問題，采用 AS1117芯片將 5V電平轉(zhuǎn)為 3.3V電平，再傳給單片機(jī) I/O口，這樣避免了單片機(jī)端口因為外部給定電壓太大而燒壞。

2.3 模擬量輸入輸出設(shè)計

模擬輸入模塊設(shè)計，主要將采集到的傳感器等模擬信號，正確的傳給單片機(jī)，如圖 2所示。它主要是外部給定模擬信號，經(jīng)過磁珠和電阻之后，把電壓給 LM324運(yùn)算放大器，經(jīng)過跟隨作用，再經(jīng)過電阻的分壓，將信號降低，當(dāng)電壓再次經(jīng)過 LM324之后，電壓值與 3.3V 進(jìn)行取和求平均值，當(dāng)經(jīng)過 LM324之后電壓值超過 3.3V時，給單片機(jī)的電壓信號為 3.3V起到限幅的作用，再將有效的電壓信號傳遞給單片機(jī)，進(jìn)而實現(xiàn)模擬量輸入模塊的作用。其中對模擬輸入模塊設(shè)計時，設(shè) b點(diǎn)電壓為 Ub，則 Uc-Ub=Ub-（-0.25Ui）解得 Ub=1.5-

0.125Ui，這樣才保證輸出的電壓為正確的。

2.4 483通信接口模塊設(shè)計

對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相當(dāng)重要的是通信模塊的設(shè)計， RS485通信有硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是 RS485通信存在自適應(yīng)不強(qiáng)、自保護(hù)能力差、通信效率低等缺點(diǎn)，如使用不當(dāng)可能經(jīng)常出現(xiàn)以下兩種故障現(xiàn)象： 1、通信收發(fā)不可靠、不穩(wěn)定、誤碼率高； 2、某個節(jié)點(diǎn)的故障導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)癱瘓。485和 483芯片具有類似的通信功能，綜合各種考慮因素，我們采用 MAX483芯片進(jìn)行設(shè)計。

3 系統(tǒng)調(diào)試

當(dāng)系統(tǒng)供電后進(jìn)行單片機(jī)端口的配置， C8051F120單片機(jī)有 Con.gAndCon.g2Install配置軟件，將所需要的配置在該軟件配置完畢既可以進(jìn)行主程序的編程，在該控制系統(tǒng)中，采用分步編程，分別將 PORT、AD兩個模塊的初始化模塊化，然后編寫程序。

4 總結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了純電動汽車測試平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，對數(shù)字量輸入輸出電路設(shè)計、模擬量輸入輸出設(shè)計、電源模塊設(shè)計以及通信接口電路設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計、分析和論證，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行奠定了堅實的基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)化、模塊化的特點(diǎn)，可應(yīng)用于各種低壓控制系統(tǒng)的檢測。

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