摘要隨著工業(yè)發(fā)展和社會需求的增加，汽車在社會進步和經(jīng)濟發(fā)展中扮演著重要的角色。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，推動了機械、能源、橡膠、鋼鐵等重要產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但同時也日益面臨著環(huán)境污染、能源短缺的嚴重問題。純電動汽車以其零排放，噪聲低等優(yōu)點越來越受到世界各國的重視，被稱作綠色環(huán)保車。作為發(fā)展電動車的關(guān)鍵技術(shù)之一的電池管理系統(tǒng)(BMS)，是純電動車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是這樣一個電池管理系統(tǒng)，可以直接檢測及管理電動汽車的儲能電池運行的全過程，實現(xiàn)對車載多級串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集和分析。本論文是基于CAN總線的車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用STM32F103VB作為系統(tǒng)的核心芯片，通過芯片自帶的12位ADC對端口電壓分別進行采集和監(jiān)測，并通過CAN網(wǎng)絡將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛狀態(tài)量實時監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源。關(guān)鍵詞：純電動車，電池管理系統(tǒng)，電池狀態(tài)，STM32F103VB

AbstractWithindustrialdevelopmentandsocialdemand,vehicleofsocialprogressandeconomicdevelopmentplayimportantroles.Althoughtherapiddevelopmentofautomobileindustrypromotethemachinery,energy,rubber,steelandotherimportantindustries,itisincreasinglyfacedwithenvironmentalpollution,energyshortagesandotherseriousproblems.

Withthemeritofzero-emission,andlownoise,thepureelectricvehicleswhichiscalledgreencarshasgotmoreandmoreattentionaroundtheworld.Asoneofthekeytechnologiesforthedevelopmentofelectricvehicles,batterymanagementsystem(BMS)isthepointofthepureelectricvehicleindustry.Vehiclenetworkdataacquisitionsystemisabatterymanagementsystemthatcandirectlydetectandmanagethestoragebatteryelectricvehiclestorunthewholeprocess,toachievethedatamonitoring,collectionandanalysisoftheon-boardmulti-levelseriesoflithiumbattery,batterytemperature,speed,andother

ThethesisisbasedonthevehicleCANbusdataacquisitionsystemtochoseSTM32F103VBnetworkasthecoreofthesystemADCwhichcomesfromthechipcollectandmonitortheportvoltagesandsentthecollecteddatatothecardashboardthroughtheCANnetwork,whichofferreal-timemonitoringofvehiclestatusamountofdatasources.Keywords：Pureelectriccars,BatteryManagementSystems,Thebatterystate,STM32F103VB

TOC\o"1-3"\u摘要 1Abstract 2第一章前言 5本課題研究的目的和意義 5車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6本論文研究的主要工作 7第二章車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的原理 9車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能概述 9車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 10基于STM32的車在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計控制框圖 10信號的采集與處理 11車載系統(tǒng)的網(wǎng)絡通訊 12CAN網(wǎng)絡的基本概念 12CAN網(wǎng)絡在車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用 13系統(tǒng)主要性能指標 14系統(tǒng)預期誤差的評估 15第三章基于STM32F103VB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計 16STM32F103VB簡介 16STM32F103VB電源模塊的設(shè)計 17電源電路的設(shè)計 17STM32啟動模式電路選擇設(shè)計 18STM32F103VB外圍接口電路的設(shè)計 19模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計 19測溫電路設(shè)計 20復位電路的電路設(shè)計 21STM32F103B通訊電路的設(shè)計 21CAN通訊接口電路設(shè)計 21JTAG程序調(diào)試接口電路設(shè)計 22RS485通訊電路設(shè)計 23第四章基于STM32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25KeiluVision3平臺簡介 25基于STM32的車在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序設(shè)計 25數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計 26LCD顯示模塊程序設(shè)計 27數(shù)據(jù)存儲模塊程序設(shè)計 27CAN數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計 28RS485通訊模塊程序設(shè)計 28第五章誤差分析與處理 29誤差概述 29誤差的主要來源 29誤差的處理 29誤差分析 30測控系統(tǒng)的非線性 30系統(tǒng)工作環(huán)境的噪聲 31系統(tǒng)的穩(wěn)定性 31誤差處理 32實測電壓數(shù)據(jù)分析 32整機PCB板設(shè)計 33第六章總結(jié)與展望 35總結(jié) 35展望 35參考文獻 36致謝 37

第一章前言本課題研究的目的和意義隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人類需求的不斷增長，對全球氣候造成嚴重的影響，二氧化碳排放量增大，臭氧層遭受到破壞等。全球災難性氣候變化屢屢出現(xiàn)，嚴重危害到人類的生存環(huán)境和健康。面對全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減低或控制二氧化碳排放，這樣以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟”概念應運而生，是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進步。?！暗吞冀?jīng)濟”的實質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)、追求綠色GDP的技術(shù)，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車持有量隨著經(jīng)濟的增長越來越大，產(chǎn)生的廢氣就會隨之增多，這樣就有悖于當今國際國內(nèi)倡導的“低碳經(jīng)濟”。因此，新時代的汽車產(chǎn)業(yè)也明確提出了“綠色能源汽車”的環(huán)保概念，逐漸成為全球各大汽車企業(yè)面對的主要發(fā)展方向。在降低碳排放量，保護地球生態(tài)環(huán)境的國際大背景下，中國政府也明令提出”低碳減排”，從而實現(xiàn)“低碳經(jīng)濟”的持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。電動車被認為是傳統(tǒng)汽車向氫燃料電池車過渡過程中的最佳解決方案。而在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域被外資“欺負”了幾十年之后，中國希望在電動車領(lǐng)域找到出口，扮演新一輪汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流的領(lǐng)導者。電動汽車從動力系統(tǒng)提供能源的角度來分類，主要分為純電動、混合動力和燃料電池汽車。純電動汽車主要是由動力電池提供能源，目前還處于研究試用階段，還不能進行大規(guī)模的推廣和使用。不論是從經(jīng)濟性、方便性和制造難度上來講，純電池動力車的優(yōu)勢都是比較明顯的。驅(qū)動電池動力車的主要動力來源于多級串聯(lián)的鋰電池，但是由于電池個體差異相差比較大，每個電瓶的工作狀態(tài)、性能指標也各不相同，給綠色能源汽車的管理帶來很大的不便。因此設(shè)計一種綠色能源汽車的各種運行數(shù)據(jù)特別是多級鋰電池進行監(jiān)測、管理的系統(tǒng)是十分有必要的。而本論文所描述的設(shè)計就是實現(xiàn)上述功能的車載數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。綠色能源電動車需要由多級串聯(lián)的鋰電池為其提供動力，但由于電壓的串聯(lián)疊加導致正極處具有非常高的浮電壓，可達到300V以上。而普通的檢測儀器輸入端口的耐壓值一般在5V左右，很難滿足車載電池的監(jiān)測和采集，更無法實現(xiàn)對多級電池的動態(tài)監(jiān)測，判別出個體電池的工作狀態(tài)。本文中所涉及的基于CAN總線的車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用STM32F103VB作為系統(tǒng)的核心芯片，通過芯片自帶的12位ADC對端口電壓分別進行采集和監(jiān)測，并通過CAN網(wǎng)絡將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車儀表盤，為車輛數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源。對于該課題內(nèi)容的研究，可以實現(xiàn)對車輛行駛過程中各類參數(shù)（如車速、電池電壓、剎車信號等）的動態(tài)采集和分析?？傮w框圖如圖1-1所示。圖1-1采集系統(tǒng)總體框圖如示意圖所示，用戶無需對各個參數(shù)進行獨立的測量，實現(xiàn)各種參數(shù)的集中式管理。特別是該系統(tǒng)利用較少的接口實現(xiàn)了對多塊電池電壓的實時智能監(jiān)控，很大程度上減輕了車輛管理人員的負擔。車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為電動汽車的三大核心技術(shù)之一的車載電池系統(tǒng)，從功能上來看類似于傳統(tǒng)汽車中的的發(fā)動機，是電動汽車的“心臟”，也是電動汽車惟一的動力來源。車載電池管理系統(tǒng)的技術(shù)水平直接關(guān)系到電動汽車的質(zhì)量與安全性。而電池管理系統(tǒng)是這一核心技術(shù)的重要組成部分。由于綠色能源汽車一般都采用多級串聯(lián)的鋰電池作為車輛的主要動力系統(tǒng)，一般由幾十只甚至數(shù)百只單體電池組成。而電池的一直性和均衡性則關(guān)系到電池的壽命和安全，對車輛的動力也有至關(guān)重要的影響。目前，影響電動汽車推廣應用的主要因素包括動力電池的安全性和使用成本問題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。電池管理系統(tǒng)的功能是要監(jiān)測每一只電池的狀態(tài)和電池組的電量、健康度及高壓漏電檢測，要保證這幾百只電池的均衡性，其重要性顯而易見。為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須對電池進行合理有效的管理和控制，為此，國內(nèi)外均投入大量的人力物力開展廣泛深入的研究。無論是汽車整車企業(yè)還是電池生產(chǎn)企業(yè)，都已認識到能源管理系統(tǒng)的重要性，也非常重視這一技術(shù)的研發(fā)與應用。隨著綠色能源汽車的興起和推廣，國內(nèi)外已經(jīng)有部分科研機構(gòu)開始著手對車載電池管理系統(tǒng)進行研究和開發(fā)。國內(nèi)對于車載電池管理系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，如同濟大學與來自北美的芯片開發(fā)商凹凸科技((O2Micro))建立了汽車電子應用技術(shù)聯(lián)合實驗室,將凹凸科技的芯片應用于為超越系列燃料電池汽車研發(fā)的燃料電池和儲能電池管理系統(tǒng)。該實驗室與上汽集團等聯(lián)合開發(fā)的電池管理系統(tǒng)目前已初步試運行在上海世博會的燃料電池汽車系統(tǒng)中。雖然類似的有關(guān)車載數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)的設(shè)計方法比較多，但大多數(shù)的車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是針對部分參數(shù)進行小規(guī)模的集中管理。還不能適應全車數(shù)據(jù)的便攜式采集和整車數(shù)據(jù)的動態(tài)分析。而本課題中還需要實現(xiàn)對多塊電池的智能管理，目前市場上同類產(chǎn)品的研發(fā)還比較缺乏。在國際上，也有不少發(fā)達國家對該課題進行了深入的研究，并取得了一些成果。如日本青森工業(yè)研究中心從1997年開始至今，仍在持續(xù)進行電池管理系統(tǒng)實際應用的研究；美國Villanova大學和USNanocorp公司已經(jīng)合作多年對各種類型的電池SOC進行基于模糊邏輯的預測；豐田、本田以及通用汽車公司等都把電池管理系統(tǒng)納入技術(shù)開發(fā)的重點。

但由于這些產(chǎn)品價格昂貴，適用領(lǐng)域有所限制，知識產(chǎn)權(quán)等問題，不適合于在國內(nèi)進行大范圍的推廣和使用。

本論文研究的主要工作綜合國內(nèi)外的在電池管理系統(tǒng)上的情況，開發(fā)一套適用范圍廣、使用簡單方便、價格低廉的系統(tǒng)，給廣大電瓶車用戶的帶來實惠的同時，也對降低傳統(tǒng)能源的消耗，減低碳排放起到了重大的作用。在本課題的研究過程中，閱讀了大量的書籍和參考文獻，并深入汽車生產(chǎn)單位進行實地考察和調(diào)研，充分對本課題的可行性進行分析。在硬件設(shè)計方面，根據(jù)前期論證的基礎(chǔ)，對整個車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了詳細的硬件電路設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求分析完成了元器件的選型和原理圖和PCB板的設(shè)計工作，并對電路板進行了初步的功能調(diào)試。在軟件設(shè)計方面，在Keil軟件平臺上完成了嵌入式單片機STM32F103B的程序設(shè)計，實現(xiàn)對車載多級串聯(lián)鋰電池、電池溫度、車速等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集和分析。以軟件流程圖的方式將系統(tǒng)的嵌入式軟件設(shè)計與軟件代碼結(jié)合起來，實軟件程序的編寫和測試。

第二章車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的原理車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能概述車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實際上就是一套電動汽車的電池管理系統(tǒng)，它主要是對電池系統(tǒng)中的幾十塊甚至是上百塊電池進行有效地管理。對電池組中的每一塊電池的電量、溫度進行有效地檢測，以及檢查某一塊電池是否低電量、是否有故障，防止因某一塊電池電量過低或者出現(xiàn)故障而不能正常工作導致整個電池系統(tǒng)崩潰的情況發(fā)生。、傳感器采集信號和執(zhí)行器件。表2-1電池管理系統(tǒng)的主要模塊電池管理系統(tǒng)模塊功能傳感器采集的信號執(zhí)行器件電池保護模塊防止電池過充、過放、過流電壓、電流充電機及電機功率轉(zhuǎn)換器電池檢測模塊監(jiān)測蓄電池的工作狀態(tài)狀電壓、電流、溫度顯示裝置SOC模塊預測電池的SOC值電壓、電流、溫度顯示裝置均衡充放電模塊對電池的充放電進行均衡管理電壓、電流均衡裝置車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這樣一個電池管理系統(tǒng)對電動車電池組進行管理，電池的電壓、容量、溫度參數(shù)進行檢測。比如電池低電量、電池溫度過高、使用時間過長以及短路等會導致電動車無法正常行駛的因素在即將發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的危險信號等，可以起到報警作用，便于人們及時排除故障。車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了對電動車的電池系統(tǒng)進行有效地管理以外，其他的功能還有能準確且及時檢測車輛系統(tǒng)的參數(shù)如:發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度、剎車、水溫、真空度、擋位、空調(diào)狀態(tài)、鑰匙狀態(tài)、離合器狀態(tài)等,并通過總線傳送給多能源管理單元,多能源管理單元以此作為決策依據(jù).因此,此系統(tǒng)可以作為整輛汽車系統(tǒng)的眼睛.綜上所述，車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要工作原理可簡單歸納為：數(shù)據(jù)采集電路首先采集電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，再由電子控制單元(ECU)進行數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，并向外界傳遞信息。車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種新型且性能比較好的電池管理系統(tǒng)，選用的是集成了CAN控制器模塊STM32芯片平臺的微控制器，建立在一塊PCB板的嵌入式單片機。嵌入式系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分，由于其低功耗，體積小，集成度高等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域得到廣泛的應用。嵌入式系統(tǒng)由性能較高的微處理器為核心,配合大容量的程序和數(shù)據(jù)存存器及總線接口構(gòu)成,由此它能對從總線上傳來的系統(tǒng)信息進行迅速處理,大容量的數(shù)據(jù)存儲器中存放了系統(tǒng)運行最佳狀態(tài)參數(shù),這樣處理器就能及時并精確按控制策略對采集到的電池數(shù)據(jù)變量進行分析并處理。本論文所描述的車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要由微處理器、開關(guān)量接口、ADC轉(zhuǎn)換、頻率變換及CAN總線接口構(gòu)成。電池管理單元由高性能32位的，基于ARM核的較高級的微處理器和必要的外圍電路構(gòu)成,采集系統(tǒng)收集各電池的當前狀態(tài)參數(shù)(電壓、容量、溫度),并將這些信息進行處理后通過CAN網(wǎng)絡發(fā)送到主節(jié)點上，實現(xiàn)對車的身上的各種參數(shù)的動態(tài)測量。同時也會將電池組的狀態(tài)量傳送到顯示單元進行顯示。基于STM32的車在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計控制框圖根據(jù)動力電池管理系統(tǒng)功能和實際參與控制的對象,設(shè)計出電池管理系統(tǒng)中央控制器及電池測控模塊,采用功能劃分和模塊化設(shè)計思想,系統(tǒng)分離成不同的功能模塊。電池管理系統(tǒng)中央控制器是整個系統(tǒng)的核心,整個硬件系統(tǒng)主要由3個模塊組成:（1）信號采集模塊;（2）中央處理器模塊;（3）顯示模塊。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如下圖2-1所示。圖2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖信號的采集與處理電動汽車的蓄電池組通常要包含幾十只甚至上百只單體電池，鋰電池或鎳氫電池可能達到上百個單體，通常工作電壓在300V左右，工作電流高達幾百安培。電池組一般都采用串聯(lián)方式工作，工作電流與單體電池是一樣的，檢測比較容易，而端電壓的檢測則比較困難。若只檢測電池組的端電壓，方法很簡單，只需在電池組的兩端接上檢測電路即可，但這樣做是不行的，因為雖然可以得到總的工作電壓，但無法判斷具體某只單體電池的端電壓，而只要有一只電池出問題就會影響整組電池的正常工作和性能。電池管理系統(tǒng)需要采集的信號有:電壓信號、電流信號和溫度信號。過多的信號將導致電池管理系統(tǒng)過于復雜,從降低成本和提高系統(tǒng)的可靠性等方面考慮,電池管理系統(tǒng)越簡單越好。電池管理系統(tǒng)信號采集如下:(1)電壓信號的采集:鋰離子電池管理系統(tǒng)需要采集每個單體電池的電壓信號。電壓采集電路通過線性光耦開關(guān)依次選擇被測的電池單體,通過采樣保持電路后,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換采集電壓數(shù)據(jù)。(2)電流信號的采集:系統(tǒng)只需采集整個電池箱的充放電電流,故采用分流計采集電流數(shù)據(jù)。(3)溫度信號的采集:采用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)。綜合考慮溫度的準確性和可靠性,電池箱設(shè)置10個溫度采集點,均勻分布在電池箱的待測電池單體上。本文所述信號采集系統(tǒng)的基本處理方法，是外圍電路提供一個參考電壓，把采集到的狀態(tài)量轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過兩者的比較，把得出的數(shù)據(jù)通過CAN口傳輸?shù)絻x表上顯示。通過比較得出的X值就是所檢測的電池電壓。，假設(shè)采集到的信號量為X，采用的原理公式如下：電池電壓車載系統(tǒng)的網(wǎng)絡通訊CAN網(wǎng)絡的基本概念CAN總線是德國Bosch公司20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議.CAN已成為國際標準(ISO-11898),是具有國際標準的現(xiàn)場總線,規(guī)范210A和210B.CAN總線可支持8/16位CPU,可與各種處理器接口或組成智能化儀器儀表;可工作于多主工作方式,任一節(jié)點任一時刻均可主動發(fā)送信息,不分主從,通訊方式靈活,可方便的構(gòu)成多機容錯系統(tǒng);節(jié)點可分成不同優(yōu)先級,滿足不同的實時要求;采用非破壞性總線仲裁技術(shù),多點同時發(fā)送時,優(yōu)先級低的節(jié)點,主動停止發(fā)送,優(yōu)先級高的不受影響繼續(xù)發(fā)送,有效的避免了總線沖突;可采用點對點、一點對多點及全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù),直接傳送距離達10km/5Kbps,速率最高達1Mbps/40m,總線上的節(jié)點數(shù)據(jù)理論值達2000個,實際由于時延可達110個;采用短幀結(jié)構(gòu)每一幀有效字節(jié)8個,傳輸時間短,受干擾概率低,重新發(fā)送快;通訊介質(zhì)可采用雙絞線及光纖;用戶接口簡單、編程方便;溫度-40℃～+125℃工作;節(jié)點故障時有自動關(guān)閉總線功能,可以與總線脫離,不影響總線操作;每幀具有CRC校驗和其它檢測措施,保證出錯率極低;具有很高的適應性;接口收發(fā)器具有瞬時電壓保護,RT抑制、熱保護、短路保護等.CAN通信協(xié)議規(guī)定了4種不同的幀格式,即數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀?；谙铝?條基本規(guī)則進行通信協(xié)調(diào)：（1）總線訪問；（2）仲裁；（3）編碼/解碼；（4）出錯標注；（5）超載標注。電動車對通信系統(tǒng)的要求是:數(shù)據(jù)傳輸可靠、實時性高,傳輸速率高、誤碼率低;系統(tǒng)的可靠性高,即當節(jié)點或總線出現(xiàn)故障時對整車性能的影響盡可能的小;系統(tǒng)的魯棒性好,允許多主網(wǎng)絡存在。CAN總線作為一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡完全能夠滿足這些要求,其模型結(jié)構(gòu)只有三層,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。CAN網(wǎng)絡在車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用電動車CAN總線系統(tǒng),由中央控制器、電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)組成。各個控制器之間通過CAN總線進行通信,以實現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)的共享、控制指令的發(fā)送和接收等,并使各自的控制性能都有所提高,從而提高系統(tǒng)的控制性能。它們之間的通信與信息類型為信息類和命令類。信息類主要是發(fā)送一些信息,如傳感器信號、診斷信息、系統(tǒng)的狀態(tài)。CAN總線具有較高的性價比,結(jié)構(gòu)簡單,器件容易購置,每個節(jié)點的價格較低,開發(fā)技術(shù)容易掌握,能充分利用現(xiàn)有的單片機開發(fā)工具。本文所設(shè)計的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)是應用在電池電動汽車的整車分布式CAN網(wǎng)絡上的,對整個CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點數(shù)據(jù)進行采集和存儲。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。圖2-2CAN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖CAN網(wǎng)絡在本文設(shè)計采集系統(tǒng)中起到的作用跟如上所述相同。通過信號采集系統(tǒng)對各單體蓄電池的溫度和電壓進行監(jiān)測采集，通過CAN總線與控制器進行通訊，將蓄電池組SOC，溫度和電壓等參數(shù)實時傳送給總控制器。系統(tǒng)主要性能指標一般認為電池管理系統(tǒng)主要有如下功能：電池狀態(tài)參數(shù)采集(包括溫度、電壓、電流等)、電池荷電狀態(tài)(SOC)的準確估計、不健康電池的早期診斷、對電池組安全運行全面監(jiān)控，如防止電池的過充電和過放電等。本采集系統(tǒng)的各項功能及指標自動在線連續(xù)監(jiān)測不同標定電壓電池的單體電壓及總電壓值。自動對蓄電池組參數(shù)按時間順序循環(huán)檢測。電池老化監(jiān)測與落后電池甄別，對其補充充電。電池組/單電池充電壓監(jiān)測與超常判斷，報警。網(wǎng)絡化設(shè)計，遠程管理和集中監(jiān)控。（6）模塊化結(jié)構(gòu)，便于安裝維護。系統(tǒng)預期誤差的評估本文設(shè)計的的車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對電動車動態(tài)下進行數(shù)據(jù)采集的，由于諸多外界因素的影響，不可避免的會造成系統(tǒng)誤差。電流測量誤差。本系統(tǒng)采用的是霍爾是電流計，二而電機內(nèi)的電流產(chǎn)生的磁場會對霍爾電流計產(chǎn)生影響，這樣就導致了測量誤差的出現(xiàn)。電池溫度誤差。電池的溫度是通過溫度傳感器采集信號的，電動車在運行過程中會出現(xiàn)顛簸，可能導致傳感器松動等不良測量狀態(tài)的出現(xiàn)，這樣測量的電池溫度就可能不全是電池溫度，采集的信號也可能是溫度信號。電機溫度誤差。電機的溫度測量采用的信號放大裝置，PT100是很敏感的電阻。稍微遇到信號干擾就會出現(xiàn)測量值的偏差，比如噪聲等造成的。車速測量誤差。車速測量采用的是脈沖采集法，由于每個脈沖方波的時間很短，對信號的采集控制就不容易控制。脈沖方波圖如每五個周期的脈沖進行一次采集，系統(tǒng)就可能以脈沖的上沿線和下沿線難以辨別，就會造成采集時間長度T1和T2的不同，這樣就會存在一個周期的誤差。

第三章基于STM32F103VB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計本章重點介紹STM32F103VB系列芯片以及其外圍電路的設(shè)計。選擇STM32F103VB芯片的原因是因為這個芯片帶有CAN借口和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而汽車上幾乎所有的端口都是CAN接口。而且此采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)多塊高壓電池的狀態(tài)進行動態(tài)檢測，并不需要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以直接從CAN端口輸送到儀表上面顯示出來。具體可以檢測的內(nèi)容如查電池是否有故障，某一塊電池低電壓而且可以找出是哪一塊電池出現(xiàn)了異常。這就是本采集系統(tǒng)的意義所在。車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要分為微控制器最小系統(tǒng)、信號采集電路、電源電路、光電隔離電路、信號巡檢電路、CAN通信和串口通信以及擴展EEPROM電路。如圖3-1所示：圖3-1電池管理系統(tǒng)硬件框圖STM32F103VB簡介 STM32F103VB是一個完整的系列，其成員之間是完全地腳對腳兼容，軟件和功能上也兼容，其功能描述如下。內(nèi)核：ARM32位的Cortex?-M3CPU：最高72MHz工作頻率；；單周期乘法和硬件除法。存儲器：從64K或128K字節(jié)的閃存程序存儲器；高達20K字節(jié)的SRAM。時鐘、復位和電源管理：～；上電/斷電復位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測器(PVD)；4～16MHz晶體振蕩器；內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器內(nèi)嵌帶校準的40kHz的RC振蕩器；產(chǎn)生CPU時鐘的PLL；帶校準功能的32kHzRTC振蕩器低功耗：睡眠、停機和待機模式；VBAT為RTC和后備寄存器供電2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1μs轉(zhuǎn)換時間(多達16個輸入通道)：轉(zhuǎn)換范圍：；雙采樣和保持功能；溫度傳感器DMA：7通道DMA控制器；支持的外設(shè)：定時器、ADC、SPI、I2C和USART多達80個快速I/O端口：26/37/51/80個I/O口，所有I/O口可以映像到16個外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號調(diào)試模式：串行單線調(diào)試(SWD)和JTAG接口多達7個定時器：3個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入；1個16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機控制的PWM高級控制定時器；2個看門狗定時器(獨立的和窗口型的)；系統(tǒng)時間定時器：24位自減型計數(shù)器。多達9個通信接口：多達2個I2C接口(支持SMBus/PMBus)多達3個USART接口(支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制)；多達2個SPI接口(18M位/秒)；CAN接口(主動)；USB。CRC計算單元，96位的芯片唯一代碼ECOPACK?封裝這些豐富的外設(shè)配置，使得STM32F103VB產(chǎn)品容量增強型系列微控制器適合于多種應用場合：電機驅(qū)動和應用控制醫(yī)療和手持設(shè)備PC游戲外設(shè)和GPS平臺工業(yè)應用：可編程控制器(PLC)、變頻器、打印機和掃描儀警報系統(tǒng)、視頻對講、和暖氣通風空調(diào)系統(tǒng)等STM32F103VB電源模塊的設(shè)計電源電路的設(shè)計STM32F103VB系列的供電方案如下：VDD=：VDD引腳為I/O引腳和內(nèi)部調(diào)壓器供電。VSSA，VDDA=：為ADC、復位模塊、RC振蕩器和PLL的模擬部分提供供電。使用ADC時，。VDDA和VSSA必須分別連接到VDD和VSS。VBAT=～：當關(guān)閉VDD時，(通過內(nèi)部電源切換器)為RTC、外部32kHz振蕩器和后備寄存器供電。供電模塊電路圖如圖3-2所示圖3-2供電電路由穩(wěn)壓模塊JP7提供12V的電壓，F(xiàn)1為保險絲，過流時自行熔斷達到保護電路的作用。D1是二極管，也是起到電路保護的作用，電池模塊正負極接反的情況下，。C1和C2都是濾波的電容，提供一個穩(wěn)定的電壓值。，，此電壓滿足芯片電壓要求，可以直接輸入芯片的VDD接口。STM32啟動模式電路選擇設(shè)計STM32這顆Cortex-M3控制器，與其他許多ARM一樣，提供了BOOT0和BOOT1兩個管腳用于啟動選擇。(1)BOOT1=x；BOOT0=0。從用戶閃存啟動，這是正常的工作模式。(2)BOOT1=0；BOOT0=1。從系統(tǒng)存儲器啟動，這種模式啟動的程序功能由廠家設(shè)置。（用于串口ISP）(3)BOOT1=1，BOOT0=1。從內(nèi)置SRAM啟動，這種模式可以用于調(diào)試。在芯片上電復位時，BOOT0和BOOT1兩個管腳的狀態(tài)將決定芯片從何處啟動。模式選擇的電路比較簡單，如圖3-3所示圖3-3模式選擇電路STM32F103VB外圍接口電路的設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對于有權(quán)代碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的模擬，從而實現(xiàn)數(shù)字-模擬的轉(zhuǎn)換。這就是構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換器的原理。本論文ADC外圍電路設(shè)計圖如圖3-4所示，，。圖3-4模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路STM32F103VB增強型產(chǎn)品內(nèi)嵌2個12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個ADC共用多達16個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動進行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。ADC接口上的其它邏輯功能包括：●同步的采樣和保持●交叉的采樣和保持●單次采樣ADC可以使用DMA操作。模擬看門狗功能允許非常精準地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當被監(jiān)視的信號超出預置的閥值時，將產(chǎn)生中斷。由標準定時器(TIMx)和高級控制定時器(TIM1)產(chǎn)生的事件，可以分別內(nèi)部級聯(lián)到ADC的開始觸發(fā)和注入觸發(fā)，應用程序能使AD轉(zhuǎn)換與時鐘同步。測溫電路設(shè)計由于蓄電池組的溫度變化是緩慢的，因此單片機對多組蓄電池組的溫度進行循環(huán)檢測傳感器測量值經(jīng)過轉(zhuǎn)換，放大，濾波等處理，在經(jīng)過單片機的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到的測量值，經(jīng)過軟件的是設(shè)定值換算就可以得到電池組的實際溫度。溫度信號的采集用的是電橋測量變換量，再由LM324放大信號的原理。電路圖如圖3-5所示。圖3-4溫度測量電路在電橋電路中安裝一個PT100電阻，此電阻在溫度不發(fā)生變化時，電橋是處于平衡狀態(tài)的，也就是說電橋的輸出端的兩端壓差為0。當溫度出現(xiàn)變量時，PT100的阻值便發(fā)生變化，從而體現(xiàn)位電橋的輸出端壓差變化。溫度變化是一個緩慢的過程，溫度變化過程中PT100的變化量非常小，因此電橋電路中產(chǎn)生的壓差很小，像1mV這樣的壓差變化的測量是不可能用電壓表測量的，這樣，采用了LM324對信號進行放大，使之變化信號在1V以上，經(jīng)過單片機的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器后得到的測量值，再通過定值換算就可以得到電池組的實際溫度。復位電路的電路設(shè)計復位電路的設(shè)計比較簡單，如圖3-5。其功能就是讓芯片的內(nèi)部電壓數(shù)據(jù)恢復到原始值。采用的方法就是讓其電源電壓接地，復位開關(guān)不打開時，電路一直處于高頻脈沖，當復位開關(guān)打開時，輸入端電壓與地相接，電位為零，電路中出現(xiàn)一個低脈沖是的芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)回復初始值。圖3-5復位電路STM32F103B通訊電路的設(shè)計CAN通訊接口電路設(shè)計CAN通訊協(xié)議采用目前流行的J1939協(xié)議。J1939是一種支持閉環(huán)控制的在多個ECU之間高速通信的網(wǎng)絡協(xié)議,它是以CAN2.0為網(wǎng)絡核心。SAEJ1939不僅能夠傳輸測量值和控制數(shù)據(jù)并配置元件,還能夠讀或刪除單個元件診斷數(shù)據(jù),并對單個控制進行校準。.0的標準和擴展格式,及J1939協(xié)議所定義的格式。CAN標準和擴展格式CAN擴展幀格式SOF11位標識符SRRIDE18位擴展標識符J1939幀格式幀起始位優(yōu)先權(quán)3位R位（保）數(shù)據(jù)頁DPPF格式6位SRR位擴展標識PFPS格式（8位）源地址（8位）CAN12-4567-121314151617-2425-32幀位置28-26252423-18171615-87-0CAN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信采用的是CAN,以及接受上位機的命令.采集得到的數(shù)據(jù)在CAN控制器MCP2551中完成CAN,提高總線的驅(qū)動和抗干擾能力,完成數(shù)據(jù)在CAN總線上的收發(fā)，總線的兩個端點需加120Ω的匹配電阻。。圖3-7CAN網(wǎng)絡通訊電路圖JTAG程序調(diào)試接口電路設(shè)計JTAG可以對同一塊電路板上多塊芯片進行測試。TRST、TCK和TMS信號并行至各個芯片，而一塊芯片的TDO接至下一芯片的TDI。電路圖如圖3-8所示。圖3-8JTAG程序電路圖各接口功能如下所述：TRST：測試復位輸入信號，測試接口初始化TCK：測試時鐘，在TCK時鐘的同步作用下，通過TDI和TDO引腳串行移入／移出數(shù)據(jù)或指令；同時，也為TAP（測試訪問端口）控制器的狀態(tài)機提供時鐘。TMS：測試模式選擇信號，控制測試接口狀態(tài)機的操作。TDI：測試數(shù)據(jù)輸入線，其串行輸入數(shù)據(jù)至邊界掃描寄存器或指令寄存器（TAP控制器的當前狀態(tài)及己保存在指令寄存器中的指令來控制）。TDO：測試數(shù)據(jù)輸出線，把從邊界掃描鏈采樣的數(shù)據(jù)傳輸至串行測試電路中的下一個芯片。RS485通訊電路設(shè)計本文的設(shè)計的系統(tǒng)還用到485接口，其電路圖如圖3-9所示圖3-9RS485通訊電路除上述之外，為了減小電磁干擾,采取如下措施:1)在微控制器和CAN收發(fā)器之間加入高速光耦隔離器;2)單片機工作電源與車輛電源地線分離,消除地線竄擾的可能;3)數(shù)字溫度傳感器使用屏蔽電纜封裝,屏蔽地搭鐵;4)CAN總線選用屏蔽雙絞線,RS485總線也選用雙絞線;5)PCB制作盡量加大線間距以降低導向間的分布電容,使導向垂直以減小磁場耦合,減小電源線走線有效面積;

第四章基于STM32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計KeiluVision3平臺簡介KeiluVision3是KeilSoftware公司推出的一款可用于ARM核控制器的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時也是MC51及其它開發(fā)套件的一個重要組件。除增加源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uVision3還提供了一個配置向?qū)Чδ埽铀倭藛哟a和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。KeiluVision3程序啟動開始界面如圖4-1所示。圖4-1KeiluVision3程序啟動開始界面基于STM32的車在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序設(shè)計系統(tǒng)軟件均采用模塊化程序設(shè)計,中央控制器程序采用C語言編寫,根據(jù)系統(tǒng)具有的功能分為若干子程序。。主程序流程圖本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為幾個模塊：采集模塊程序；LCD顯示程序；CAN總線通信程序；RS485通訊模塊程序。各節(jié)點結(jié)合采集到的電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)，對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行分析，通過CAN網(wǎng)絡輸出顯示。數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計通過I/O口控制采集電路中的各個芯片，使各個模擬信號按要求進入到A/D轉(zhuǎn)換口，根據(jù)A/D采樣值計算出電池各種信息。數(shù)據(jù)采集的首先要初始化ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，再運行程序程序。表示如下：voidADCData(void){ InitADC();//初始化ADC…GetDataADC();//模數(shù)轉(zhuǎn)換 …}LCD顯示模塊程序設(shè)計LCD顯示模塊程序的運行開始前也是初始化，再運行程序，表示如下：voidLCDDisplay(v8Data){ InitLCD();//初始化… DataDisplay();/顯示Delay();//延時}數(shù)據(jù)存儲模塊程序設(shè)計電池管理系統(tǒng)的工作周期長，有些重要參數(shù)、數(shù)據(jù)要求在掉電情況下不丟失，這就需要對存儲模塊的進行讀寫數(shù)據(jù)。存儲模塊程序運行開始前也是初始化，再運行程序，表示如下：voidRead/SaveEEprom(u8Data){ InitEEprom();//初始化CloseIntr();//關(guān)閉所有中斷 WriteDatatoEEprom(u8Data); //向EEPRom寫數(shù)據(jù) data=ReadDataFromEEProm(); //從EEProm讀數(shù)據(jù)OpenIntr();//打開所有中斷}CAN數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計軟件設(shè)計的結(jié)果主要是通過CAN總線傳輸?shù)街醒肟刂浦行模褂密囕d液晶進行顯示。根據(jù)液晶面板按鍵可顯示兩種界面:電池組信息，單體電池信息。CAN數(shù)據(jù)通訊模塊程序運行開始前也是初始化，再運行程序，表示如下:voidCAN-Communicate(u8Data){InitCAN();//初始化CAN網(wǎng)絡CANSend();//發(fā)送數(shù)據(jù)…CANRecv();//接收數(shù)據(jù)…Data=CANData[3];//從CAN寄存器讀取數(shù)據(jù)}RS485通訊模塊程序設(shè)計RS485通訊模塊程序設(shè)計同CAN數(shù)據(jù)通訊模塊程序設(shè)計類似，都是運行開始前也是初始化，再運行程序，表示如下:voidRS485-Communicate(u8Data){InitRS485();//初始化RS485Send();//發(fā)送…RS485Recv();//接收…Data=RS485Data（3）;//保存數(shù)據(jù)}STM32的車在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計大致就有上述幾類，是在Keil平臺上開發(fā)，考慮到電動汽車的運行環(huán)境,在系統(tǒng)硬件采用抗干擾措施的基礎(chǔ)上,進行了軟件抗干擾設(shè)計。在軟件設(shè)計中使用了濾波、冗余、軟件陷阱等技術(shù),防止程序異常,保證系統(tǒng)正常運行。

第五章誤差分析與處理誤差概述誤差的主要來源由于本文所設(shè)計的車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不可能絕對的精確，測量原理的局限性、測量方法的不夠完善、周圍環(huán)境因素影響和外界干擾的存在等，使得測量結(jié)果不能準確地反映出被測量的真值而存在一定的偏差，這個偏差就是測量誤差，簡稱為誤差。在定量分析中，誤差主要來源于以下三個方面：分析方法：由于任何一種分析方法都僅是在一定程度上反映被測體系的真實性。因此，對于一個樣品來說，采用不同的分析方法常常得到不同的分析結(jié)果。實驗中，當我們采用不同手段對同一樣品進行同一項目測定時，經(jīng)常得到不同的結(jié)果，說明分析方法和操作均會引起誤差。儀器設(shè)備：由于儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)，：傳感元件不靈敏、儀表指示有誤差、標定刻度不準等。操作環(huán)境：操作環(huán)境誤差是由于操作的環(huán)境狀態(tài)，如濕度、溫度、氣壓、振動、電磁場、光線等條件與要求不一致而引起儀器設(shè)備的量值變化，儀器指示滯后或超前而產(chǎn)生誤差。此外，環(huán)境對分析對象本身也會引起改變。誤差的處理為了提高測量數(shù)據(jù)的精確性，減小誤差對數(shù)據(jù)的影響，本文從誤差來源上進行分析和處理，最終爭取將誤差的影響減弱到最低程度。1設(shè)備誤差的處理(1)標準器件誤差的處理：本文在設(shè)計過程中對于系統(tǒng)中各個參數(shù)的測量所采用的器件的標準均比文中所要求的測量標準高一級別，如采用惠普多功能萬用表來測量電壓和電流，高精度的點溫計進行溫度測量等等。同時，還通過軟件的方法對測量數(shù)據(jù)進行修正，保證所測數(shù)據(jù)的精度。(2)儀表誤差的處理：本文在設(shè)計過程中選擇了較好的元器件、設(shè)計了較為合理的測試程序，并進行了適當?shù)牟季?，這樣就可以減少在測量過程中儀器本身引起的誤差。(3)附件誤差的處理：本文在設(shè)計過程中通過采用標準成熟的接口器件可以減少觸點的影響等。這樣可以減少在測量過程中由附件引起的誤差。2環(huán)境誤差的處理在測試過程中，本文設(shè)計車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)環(huán)境相對較為良好，溫度、濕度和電磁干擾對本儀器的影響相對較小。一些惡劣的環(huán)境由于條件的限制暫時無法模擬。但信號采集系統(tǒng)在工作的過程中，對各個結(jié)果進行補償和修正，以此抵消或削弱外界環(huán)境的變化對儀器測量所帶來的誤差。3人員誤差的處理人員誤差是由測量人員造成的，包括技術(shù)性誤差、粗心大意誤差、程序性誤差、明知故犯誤差四種，在檢驗過程中由于人為因素而造成的檢驗誤差占了大部分。為了減少操作人員帶來的誤差，應該主要從管理制度上入手，儀器的先進性只能減少其部分的影響。4方法誤差的處理在對數(shù)據(jù)的處理上，本文在一組數(shù)據(jù)（本文是10個數(shù)據(jù)）中檢測出1～2個不可靠數(shù)據(jù)并利用剩下的數(shù)據(jù)求加權(quán)平均計算出一個測試結(jié)果，這種處理方法可以在很大程度上減少由于外界環(huán)境造成的尖峰干擾，比較符合車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計要求。誤差分析測控系統(tǒng)的非線性在車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，測控系統(tǒng)的非線性包括傳感器的非線性、放大器的非線性以及A/D轉(zhuǎn)換器的非線性。傳感器的非線性是傳感器本身所固有的，任何傳感器都有所適用的線性范圍，超過這個范圍，它的非線性將明顯加劇。因此，要根據(jù)實際條件選擇適當?shù)膫鞲衅?。電子學放大器也不是理想的，也存在線性度和線性范圍的問題。在對溫度進行測量的時候，由于從傳感電路采集到的電壓比較小，不適合直接接到ADS1218的測量通道。為了提高精度，需要對ADS1218進行設(shè)置，采用電橋電路增益放大。在放大器中還存在不同放大倍數(shù)時，放大器本身工作條件變化而引起失調(diào)電流、失調(diào)電壓的改變。失調(diào)電流的存在使得放大器偏離了理想曲線，在檢測結(jié)果上，就表現(xiàn)為系統(tǒng)的非線性誤差；另外，放大倍數(shù)不一定準確，它的誤差也會引起非線性誤差。A/D轉(zhuǎn)換器和放大器一樣，存在非線性誤差和失調(diào)電壓，最終使系統(tǒng)的線性變差。系統(tǒng)工作環(huán)境的噪聲電子學系統(tǒng)的噪聲是屬于隨機，噪聲的波形是任意的，由于噪聲的存在使檢測結(jié)果在一個真值上疊加了一個起伏，這樣我們在進行數(shù)據(jù)采集時就會有誤差。來自系統(tǒng)以外的電磁干擾會產(chǎn)生和噪聲一樣的結(jié)果。對于強信號和弱信號來說，當系統(tǒng)和系統(tǒng)所處的干擾環(huán)境一定時，噪聲和干擾的水平是一樣的，因此在檢測結(jié)果上，弱信號更容易偏離其固有的真值。系統(tǒng)的穩(wěn)定性電子學系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求包括放大器系統(tǒng)、傳感器的溫度漂移和無線數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性。為了降低系統(tǒng)的功耗，自動氣象站長期處于休眠狀態(tài)。在被永遠遠程喚醒的時候，需要穩(wěn)定一段時間才能完全正常工作，保證檢測到的數(shù)據(jù)結(jié)果是準確的。并且為了保證系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性，在軟件實現(xiàn)的過程中，采用了去掉一個最大值，以及一個最小值，然后對剩余的數(shù)值求平均的算法。這樣就要求系統(tǒng)在一次來自終端的測量請求后，需要連續(xù)讀取5次連續(xù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這就對整個氣象站的系統(tǒng)相應提出了比較高的要求。誤差處理實測電壓數(shù)據(jù)分析本采集系統(tǒng)是把電池組分為10個單元來分開檢測的，在實際檢測中分別測量了三組不同工況下的電池電壓，他們分別是：萬用電表測量值；電機沒有啟動時本系統(tǒng)的測量值；電機啟動本系統(tǒng)的測量值。不同工況的電壓值電池編號檢測方法01020304050607080910萬用表測得電機未啟動采集系統(tǒng)測得電機啟動采集系統(tǒng)測得根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在MATLAB里輸入數(shù)據(jù)進行比對，得出圖5-1所示的三種檢測方式的數(shù)據(jù)曲線。從圖中可以看出系統(tǒng)在電機不啟動狀態(tài)下測得的電壓值與電池實測電壓相差較小，當電機啟動時，由于電機存在較大的電磁干擾，導致電池上存在一定的浮電壓，因此采集系統(tǒng)所測得的電壓值存在比較大的波動，數(shù)據(jù)顯示ΔUmax=，在系統(tǒng)允許的誤差范圍內(nèi)。圖5-1三種不同狀態(tài)下系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)曲線整機PCB板設(shè)計PCB板設(shè)計的好壞對電路板抗干擾能力影響很大。因此，在進行PCB設(shè)計時，必須遵守PCB設(shè)計的一般原則，并應符合抗干擾設(shè)計的要求。要使電子電路獲得最佳性能，元件的布局及導線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計質(zhì)量好、造價低的PCB，本文在設(shè)計中考慮了以下幾個方面。1整體布局(1)首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線路長，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近導線易受干擾。本設(shè)計在保證了很好的抗干擾能力和散熱條件下確定了合適的PCB尺寸。在元件位置的安排上，根據(jù)信號的輸入輸出流向進行安排。這樣可以使得整個電路板的設(shè)計比較清晰，也方便最后的板級調(diào)試。(2)發(fā)熱量多的元件應考慮散熱問題。在電源轉(zhuǎn)換模塊，如果輸入電壓的壓降比較大，。為保證電路在高壓降的條件下也能正常工作，我們在芯片上均安裝了散熱片，芯片和散熱片之間涂上導熱性較好的硅膠。同時