专利名称：纯电动公交车电池参数传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及远程监控领域，特别涉及一种用于纯电动公交车运行时的电池参数传
输装置。
背景技术：
纯电动公交车是全部由电池的电能驱动电机作为动力系统的公交车，是一种新能 源汽车。跟普通燃油公交车不同，纯电动公交车具有零尾气排放的特点，能够改善城市大气 环境质量和调整能源消费结构，因此目前中国政府鼓励纯电动公交车的生产和使用。
由于纯电动公交车是一种集合了多项高新技术的产品，其动力特性、行驶性能以 及车辆的安全特性与电池的性能有紧密的联系。例如，电池的温度过高时，易产生电池爆炸 事故；电池的剩余电量较小时，车辆应停止长期运行并及时充电。因此，公交车公司的监控 中心很有必要远程实时监控纯电动公交车运行时的电池参数，当电池参数刚出现异常时， 管理者能及时发现并采取措施，避免事故的发生。 传统燃油公交车运行的远程监控系统比较成熟。通常在公交车上安装具有全球定 位系统(简称GPS)和无线通信功能的车载装置，该装置和监控中心能进行无线通信，能将 采集到的车辆的经度、纬度位置、速率、方向等GPS数据无线发送到监控中心。在监控中心 的电子地图上可以显示车辆运行的有关信息，实现对车辆运行的远程监控。这种系统主要 是监控车辆的GPS数据，数据量比较小，这与纯电动公交车远程监控系统目标和数据量都 不同。纯电动公交车远程监控系统监控的目标是车辆运行时的电池状况的参数，如单体电 池电压、电池组总电压、总电流、电池温度等。由于纯电动公交车的电池的数量较多(多达 上百块)，因此监控系统要监控的电池参数的数据量很大。 专利号ZL 200720103299. 9，所公开的"电动汽车信息采集与无线传输装置(简 称EVT)"，其硬件组成结构包括PC104微机母板(作为控制主板)，PC104CAN总线通信板以 及扩展板三块电路板。其中，PC104微机母板采用的是台湾研华公司生产的PCM-3350，母板 采用基于X86的GX-300M CPU。扩展板主要包括DC/DC电源、GSM通信模块及接口电路、GPS 接收机。PC104微机母板的功耗较大，因此DC/DC电源功率较大，价格成本较高。GSM通信 模块采用的是WAVECOM 2403，扩展板带有GPS接收机，GPS接收机采用的是美国GARMIN公 司生产的GPS15。 EVT采用Windows XP Embedded嵌入式操作系统，系统安装在SANDISK CF卡中，系 统启动时间需要2分多钟，启动较慢。 EVT的通信可靠性较低，主要原因是EVT不具有通信链路状态的自检测功能。这使 得EVT不能自我检测与监控中心的无线通信链路是否正常，当通信链路断开时，EVT也不会 检测到，从而不能采用一定的措施保证正常通信。另外，EVT的系统可靠性比较低，没有系 统故障自检测和自恢复功能，如当系统突然产生死机等系统故障时，EVT无法自我检测到故 障，消除故障。 EVT的硬件组成结构复杂，因此硬件成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在于克服上述缺陷，设计一种纯电动公交车大量
电池参数传输装置。 本发明的技术方案是 纯电动公交车电池参数传输装置，该装置包括控制主板和扩展板。控制主板的型号是SAM-3221，其内嵌的处理器是200Mhz ARM920T ;内嵌CAN总线
接口 ； 本装置采用WINDOWS CE5. 0操作系统，操作系统内核小，安装在控制主板上的64M 的FLASH芯片中，系统启动时间为8秒，启动速度块； 控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控制主板第二串口的数据接收RXD2脚分 别与看门狗电路中的串口电平转换芯片的RIIN脚，TIOUT脚相连；装置正常工作时，单片机 的PO. 4脚为低电平，第一三极管截止，第一继电器的常闭触点吸合，给控制主板供电+5V ;
当装置出现死机时，启动看门狗电路，控制主板第二串口的数据发送TXD2脚向看 门狗电路中的单片机发送装置启动指令，当单片机收到该指令后，置单片机PO. 4脚为高电 平，第一三极管导通，第一继电器的常闭触点断开，切断控制主板的供电电源；同时单片机 定时器工作，5秒后，自动置单片机的P0.4脚为低电平，第一三极管截止，第一继电器的常 闭触点吸合，恢复对控制主板的+5￥供电，装置重新启动； 装置通信正常时，单片机的PO. 5脚为低电平，第二三极管截止，第二继电器的常 闭触点JK2吸合，给GPRS无线通信模块供电；当某时刻不能正常通信时，启动看门狗电路， 控制主板第二串口的数据发送TXD2脚向单片机发送看门狗通信指令；当单片机收到该指 令后，置单片机P0.5脚为高电平，第二三极管导通，第二继电器的常闭触点断开，从而断开 通信模块的供电电源+3. 8V， GPRS无线通信模块关闭；同时单片机定时器工作，到达5秒 的定时时间后，自动置单片机P0.5脚为低电平，第二三极管截止，第二继电器的常闭触点 (JK2)吸合，恢复对GPRS无线通信模块的供电。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果 (1)本装置具有硬件组成结构简单，主要由控制主板和扩展板两块电路板构成。主 板的CPU是基于ARM内核的200Mhz ARM920T，由于主板内部集成有CAN总线接口 ，因此就不 需要外扩CAN总线板。另外，装置的电源设计，无线通信模块的选型均和EVT中的不一样， 扩展板不带有GPS接收机； (2)本装置采用WINDOWS CE 5. 0嵌入式操作系统，系统内核小，安装在控制主板 上的64M的FLASH芯片中，装置启动时间约为8秒，启动速度快。 (3)本发明的装置由于带有看门狗电路，因此具有对通信链路状态及装置的死机 进行自检测和自恢复的功能，因此可靠性较高。 本装置的硬件集成度高，组成结构较简单，因此硬件成本较低。
(4)本装置能通过车辆上的CAN总线与车上的能量管理系统通信，获取大量的电 池参数。采用GPRS通信方式，与监控中心之间无线传输大量电池参数数据，包括电池总电 压值、总电流值、最高单体电池电压值及其所在的位置编号(箱号、块号)、最低单体电池电 压值及其所在的位置编号(箱号、块号)、剩余电量值、每块单体电池电压值、电池箱每个节点的温度值、最高温度值及其所在的位置编号(箱号、节点号)。通信传输速度快，实时性高。
图1纯电动公交车电池参数传输装置的组成框图； 图2控制主板电源电路； 图3通信模块电源电路； 图4通信模块接口电路； 图5SIM卡接口电路； 图6看门狗电路。 具体的实施 结合附图对本发明作进一步说明 纯电动公交车电池参数传输装置，该装置包括控制主板和扩展板，如图1所示。
扩展板包括GPRS无线通信模块、通信模块接口电路、通信模块电源电路、控制主 板电源电路、看门狗电路、CF存储卡。 所述的控制主板的型号是SAM-3221，其内嵌的处理器是200Mhz ARM920T;内部有 三个串口、内嵌CAN (Controller Area Network局域网控制)总线接口 、 USB接口 、显示接 口 。控制主板的第一串口 1的信号经过通信模块接口电路转换后和GPRS无线通信模块进行 通信，用来向监控中心发送数据和接收来自监控中心的数据。控制主板通过第二串口 2控 制看门狗电路。控制主板的CAN总线接口连接在车辆上的CAN总线上，与车辆上的能量管 理系统通信，用来采集各种电池参数数据，将采集到的数据存储到CF存储卡中，同时通过 GPRS无线方式发送到监控中心。控制主板电源电路实现DC/DC转换功能，即将输入的12 24V之间的直流电转换为5V的直流电输出，给控制主板供电。 本装置采用WINDOWS CE5. 0操作系统，操作系统内核小，安装在控制主板上的64M 的FLASH芯片中，启动速度快，装置的启动时间约为8秒。 控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控制主板第二串口的数据接收RXD2脚分 别与看门狗电路中的串口电平转换芯片的RIIN脚，TIOUT脚相连；装置正常工作时，单片机 的PO. 4脚信号为低电平，第一三极管Tl截止，第一继电器的常闭触点JK1吸合，给控制主 板供电+5V。 对扩展板构成的说明 1.控制主板电源电路，如图2所示。纯电动公交车辆能提供24V直流电源，而装置 的控制主板需要5V直流电源，因此必需进行24V/5V DC/DC电源转换。DC/DC转换芯片的型 号是LM2596-5，它能够将+12 +24V的直流输入转换为+5￥直流输出。控制主板电源电路 的构成包括保险丝F1，第一电容C1，第三电容C3均是0. luF的电容，第二电容C2，第四电 容C4均是220uF的电容，电感Ll是100mH，肖特基二极管Dl是MBR340。
以上器件间的连接为24V电源经过保险丝F1连接在DC/DC转换芯片的VIN脚，第 一电容Cl和第二电容C2并接于DC/DC转换芯片的VIN脚和地之间； 第三电容C3、第四电容C4的一端和肖特基二极管D1的阳极、DC/DC转换芯片的 0N/0FF脚和GND脚相连接，第三电容C3和第四电容C4的另一端和电感L1的一端以及DC/DC转换芯片的FB脚相连接，电感LI的另一端接DC/DC转换芯片的VOUT脚，肖特基二极管 Dl的阴极接DC/DC转换芯片的VOUT脚。 芯片VOUT脚的输出经过电感Ll、第三电容C3、第四电容C4滤波后，得到稳定的 +5乂，给控制主板供电。 2. GPRS无线通信模块是采用CENTEL公司生产的PIML-900/1800模块。
3.通信模块电源电路如图3所示。GPRS无线通信模块要求外部直流电源供电电压 是3. 3V 4. 2V，电源至少具有2A的峰值电流输出能力。线性稳压器的型号为CS5203A-1 ; 第五电容C5是0. luF，第六电容C6是470uF，第七电容C7是0. luF ;第一电阻R1为100欧， 第二电阻R2为200欧；线性稳压器的VIN脚接+5V电源的阳极，线性稳压器的VOUT脚的输 出+3. 8V，作为GPRS无线通信模块的电源输入。 第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7的一端和第二电阻R2—端并联接地；第五 电容C5、第六电容C6的另一端和线性稳压器的VIN脚、+5V电源相连接；第七电容C7的另 一端和线性稳压器的ADJ脚、第二电阻R2另一端、第一电阻R1的一端相连接；第一电阻R1 的另一端和线性稳压器的VOUT脚相连接。 4.通信模块接口电路。接口电路主要包括模块串口接口电路、模块SIM卡接口电路。 GPRS无线通信模块接口电路如图4所示，电平转换芯片的型号是SP3238。通信模 块的串行口的RI， DCD， TX， CTS， DSR， DTR， RX， RTS脚分别连接电平转换芯片的T1IN， T2IN， T3IN， T4IN， T5IN， R10UT， R20UT， R30UT脚；控制主板第一串口 1的RIl， DCD1， RXD1， CTS1， DSR1， DTR1， TXD1， RTS1脚分别连接电平转换芯片的T10UT， T20UT， T30UT， T40UT， T50UT， R1IN， R2IN， R3IN脚。 SIM卡接口电路如图5所示。第八电容C8为220pF，第九电容C9为4. 7uF，第十电 容C10为0. luF。 GPRS无线通信模i央的SIMCLK、 SMIO、 SMRST、 SIMVCC脚分别与SIM卡的 CLK、I/0、RST、VCC脚相连；第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10的一端相并联接地；第 八电容C8的另一端与GPRS无线通信模块的SMIO脚、SIM卡的1/0脚相连接；第九电容C9 的另一端与GPRS无线通信模块的SIMRST脚、SIM卡的RST脚相连接；第十电容C10的另一 端与GPRS无线通信模块的SMVCC脚、SIM卡的VCC脚相连接。
5.看门狗电路 看门狗电路如图6所示。串口电平转换芯片型号为MAX232 ;第一三极管T1，第二三 极管T2，两个三极管均是9013三极管；第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6 都是1K的电阻。第一继电器Jl，第二继电器J2的型号是G6B-2114P-US。
单片机型号为AT89S52，控制主板第二串口 2的电平与单片机AT89S52的串口电平 不一致，需要经过串口电平转换芯片进行转换。 控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控制主板第二串口的数据接收RXD2脚分 别与看门狗电路中的串口电平转换芯片的RIIN脚和TIOUT脚相连，单片机的串口 RXD脚和 TXD脚分别与串口电平转换芯片的R10UT脚和T1IN脚相连。 单片机的PO. 4脚，经第三电阻R3接+5V，经第四电阻R4接第一三极管的基极，第 一三极管的集电极接+5V，第一三极管的发射极接第一继电器Jl的线圈；+5V的电源经第一 继电器的常闭触点JK1连接到控制主板的电源接口。
装置正常工作时，单片机的P0.4脚的为低电平，第一三极管T1截止，第一继电器 的常闭触点JK1吸合，给控制主板供电。 当装置发生死机故障时，启动看门狗，控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控 制主板第二串口的数据接收RXD2脚向看门狗电路中的单片机发送装置启动指令。当单片 机收到该指令后，置单片机的PO. 4脚信号为高电平，第一三极管Tl导通，第一继电器Jl的 常闭触点JK1断开，从而断开控制主板的供电电源+5V，装置的控制主板关闭。同时单片机 内的定时器工作，到达5秒的定时时间后，自动置单片机的P0.4脚为低电平，第一三极管T1 截止，第一继电器J1的常闭触点JK1吸合，恢复对控制主板的供电，装置重新启动。
单片机的PO. 5脚，经第五电阻R5接+5V，经第六电阻R6接第二三极管T2的基极， 第二三极管T2的集电极接接+5V，第二三极管T2的发射极接第二继电器J2的线圈。+3. 8V 的电源经第二继电器J2的常闭触点连接到GPRS无线通信模块的电源输入口 。
装置通信正常时，单片机的PO. 5脚为低电平，第二三极管T2截止，第二继电器J2 的常闭触点JK2吸合，给GPRS无线通信模块供电。当某时刻不能正常通信时，启动通信看 门狗电路，控制主板第二串口的数据发送TXD2脚向单片机发送看门狗通信指令。当单片机 收到该指令后，置P0.5脚为高电平，第二三极管T2导通，第二继电器J2的常闭触点JK2断 开，从而断开通信模块的电源，GPRS无线模块关闭。同时单片机定时器工作，到达5秒的定 时时间后，自动置PO. 5脚为低电平，第二三极管T2截止，第二继电器J2的常闭触点JK2吸 合，恢复对GPRS无线通信模块的供电。
权利要求
纯电动公交车电池参数传输装置，该装置包括控制主板和扩展板；扩展板包括无线通信模块、通信模块接口电路、通信模块电源电路、控制主板电源电路、CF存储卡；其特征在于控制主板的型号是SAM-3221，其内嵌的处理器是200Mhz ARM920T；内嵌CAN总线接口；本装置采用WINDOWS CE5.0操作系统，操作系统内核小，安装在控制主板上的64M的FLASH芯片中；控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控制主板第二串口的数据接收RXD2脚分别与看门狗电路中的串口电平转换芯片的RIIN脚，TIOUT脚相连；装置正常工作时，单片机的P0.4脚为低电平，第一三极管(T1)截止，第一继电器的常闭触点(JK1)吸合，给控制主板供电+5V；当装置出现死机时，启动看门狗电路，控制主板第二串口的数据发送TXD2脚向看门狗电路中的单片机发送装置启动指令，当单片机收到该指令后，置单片机P0.4脚为高电平，第一三极管(T1)导通，第一继电器的常闭触点(JK1)断开，切断控制主板的供电电源；同时单片机定时器工作，5秒后，自动置单片机的P0.4脚为低电平，第一三极管(T1)截止，第一继电器的常闭触点(JK1)吸合，恢复对控制主板的+5V供电，装置重新启动；装置通信正常时，单片机的P0.5脚为低电平，第二三极管(T2)截止，第二继电器的常闭触点JK2吸合，给GPRS无线通信模块供电；当某时刻不能正常通信时，启动看门狗电路，控制主板第二串口的数据发送TXD2脚向单片机发送看门狗通信指令；当单片机收到该指令后，置单片机P0.5脚为高电平，第二三极管(T2)导通，第二继电器的常闭触点(JK2)断开，从而断开通信模块的供电电源+3.8V，GPRS无线通信模块关闭；同时单片机定时器工作，到达5秒的定时时间后，自动置单片机P0.5脚为低电平，第二三极管(T2)截止，第二继电器的常闭触点(JK2)吸合，恢复对GPRS无线通信模块的供电。
2. 根据权利要求1所述的纯电动公交车电池参数传输装置，其特征在于，无线通信模 块采用GPRS无线通信模块，该装置实现了 GPRS无线通信功能。
3. 根据权利要求l所述的纯电动公交车电池参数传输装置，其特征在于，看门狗电 路的构成及连接控制主板第二串口的数据发送TXD2脚和控制主板第二串口的数据接收 RXD2脚分别与串口电平转换芯片的RIIN脚和TIOUT脚相连，单片机的串口 RXD脚和TXD脚 分别与串口电平转换芯片的R10UT脚和T1IN脚相连；单片机的P0.4脚，经第三电阻(R3)接+5V，经第四电阻(R4)接第一三极管的基极，第 一三极管的集电极接+5V，第一三极管的发射极接第一继电器(Jl)的线圈；+5V的电源经第 一继电器的常闭触点(JK1)连接到控制主板的电源输入口 ；单片机的P0.5脚，经第五电阻(R5)接+5V，经第六电阻(R6)接第二三极管(T2)的基 极，第二三极管(T2)的集电极接接+5V，第二三极管(T2)的发射极接第二继电器(J2)的线 圈；+3.8V的电源经第二继电器的常闭触点(JK2)连接到通信模块的电源接口 ；串口电平转换芯片型号为MAX232，单片机型号为AT89S52 ;第一三极管(Tl)，第二三 极管(T2)，两个三极管均是9013三极管；第一继电器(Jl)，第二继电器(J2)的型号是 G6B-2114P-US。
全文摘要
一种用于纯电动公交车的电池参数传输装置，该装置由控制主板和扩展板构成。控制主板的CPU是基于ARM内核的ARM920T，主板内部集成有CAN总线接口，因此装置组成结构简单，启动快，成本较低。为了提高装置的通信可靠性和系统可靠性，在扩展板上设计了看门狗电路，能够对通信链路状态及装置是否出现死机状态进行自检测和自恢复。用途包括通过车辆上的CAN总线获取大量的电池参数数据；以GPRS无线通信方式，与监控中心之间传输大量的电池参数数据，包括每块单体电池电压值、电池箱每个节点的温度值等；为实现在监控中心监控车辆的电池参数有重要作用。
文档编号G08C17/02GK101702792SQ20091023667
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者关伟, 卫振林, 毕军, 黄爱玲 申请人:北京交通大学