专利名称：电动汽车多总线数字操控器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动汽车的控制器，尤其涉及一种可实现电动汽车各受控子系统之间的协调、配合和统一管理的电动汽车多总线数字操控器，属于电动汽车控制器的生产领域。
背景技术：
随着石油等资源的日益紧缺，环境压力的不断增大，电动汽车以其低排放、低能耗、低噪声的优点得到越来越多的关注，电动车的研发推广也成为保障汽车产业可持续发展的重要途径之一。但是相对于传统内燃机汽车，纯电动汽车的所有系统包括动力系统都是由电子器件控制自成体系的，各子系统直接的相互通信、相互配合方式与传统车有较大区别。因此需要一种专门的控制系统，来协调各用电子系统之间的配合，管理各子系统的运行以及上电时序，转换相应的数据信息，以满足整车正常运行的条件并使得电动汽车的操作方式接近于传统汽车。目前市场上的纯电动汽车比较少，主要是象“景区内旅游车”这种短距离行使的结构类似于汽车的电动车，但由于各用电子系统之间的协调、配合、管理技术不完善，所以很难将这种技术应用到可以替代燃油(或半电动)汽车的纯电动汽车上。
发明内容本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可实现电动汽车各受控子系统之间的协调、配合和统一管理的电动汽车多总线数字操控器。本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的本实用新型用于监测电动汽车受控子系统的运行状况，并向电动汽车受控子系统发出指令，通过接口与电动汽车受控子系统连接，包括电源模块和控制电路，所述电源模块为所述控制电路提供电源；所述控制电路包括MCU、CAN网络电路、RS232电路、LIN网络电路、IO电路、频率输出电路、A/D采样电路、继电器控制电路，所述接口包括CAN网络接口、 RS232接口、LIN网络接口、IO接口、频率输出接口、A/D采样接口、继电器控制接口，其中， 所述MCU的CAN网络信号端与所述CAN网络电路的一个信号端连接，所述CAN网络电路的另一个信号端与所述CAN网络接口的内端连接；所述MCU的RS232信号端与所述RS232电路的一个信号端连接，所述RS232电路的另一个信号端与所述RS232接口的内端连接；所述 MCU的LIN网络信号端与所述LIN网络电路的一个信号端连接，所述LIN网络电路的另一个信号端与所述LIN网络接口的内端连接；所述MCU的IO信号端与所述IO电路的一个信号端连接，所述IO电路的另一个信号端与所述IO接口的内端连接；所述MCU的频率输出信号端与所述频率输出电路的信号输入端连接，所述频率输出电路的信号输出端与所述频率输出接口的内端连接；所述MCU的A/D采样信号端与所述A/D采样电路的信号输出端连接，所述A/D采样电路的信号输入端与所述A/D采样接口的内端连接；所述继电器控制电路的信号输入端与所述IO电路的继电器控制信号输出端连接，所述继电器控制电路的信号输出端与所述继电器控制接口连接。新型利用各接口作为通路、利用MCU外的各控制电路作为信号转换及处理模块将电动汽车各受控子系统与控制电路的核心MCU连接，实现了电动汽车各受控子系统之间的协调、配合和统一管理。其中，MCU (Micro Control Unit)中文名称为微控制单元， 又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置之间交换信息，形成汽车电子控制网络。RS232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会所制定的异步传输标准接口。LIN (Local Interconnect Network)是由汽车厂商专门为汽车开发的一种低成本串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。IO指输入/输出(Input/Output)，分为10设备和10 接口两个部分。PWM (Pulse Width Modulation)，脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。具体地，所述CAN网络电路包括CAN缓冲区、CAN控制器、CAN收发器、光耦隔离器， 所述CAN缓冲区的一个信号端与所述MCU的CAN网络信号端连接，所述CAN缓冲区的另一个信号端与所述CAN控制器的一个信号端连接，所述CAN控制器的另一个信号端与所述CAN 收发器的一个信号端连接，所述CAN收发器的另一个信号端与所述光耦隔离器的一个信号端连接，所述光耦隔离器的另一个信号端与所述CAN网络接口的内端连接；所述RS232电路包括第一串行通信缓冲区、第一串行通信控制器、串行通信接口电平转换电路，所述第一串行通信缓冲区的一个信号端与所述MCU的RS232信号端连接，所述第一串行通信缓冲区的另一个信号端与所述第一串行通信控制器的一个信号端连接，所述第一串行通信控制器的另一个信号端与所述串行通信接口电平转换电路的一个信号端连接，所述串行通信接口电平转换电路的另一个信号端与所述RS232接口的内端连接；所述LIN网络电路包括第二串行通信缓冲区、第二串行通信控制器、LIN收发器，所述第二串行通信缓冲区的一个信号端与所述MCU的LIN网络信号端连接，所述第二串行通信缓冲区的另一个信号端与所述第二串行通信控制器的一个信号端连接，所述第二串行通信控制器的另一个信号端与所述LIN 收发器的一个信号端连接，所述LIN收发器的另一个信号端与所述LIN网络接口的内端连接；所述10电路包括10 口控制电路和光电耦合器，所述10 口控制电路的一个10信号端与所述MCU的10信号端连接，所述10 口控制电路的另一个10信号端与所述光电耦合器的一个10信号端连接，所述光电耦合器的另一个10信号端与所述10接口的内端连接；所述频率输出电路包括PWM控制器和所述10 口控制电路的光电耦合器，所述PWM控制器的一个信号端与所述MCU的频率输出信号端连接，所述PWM控制器的另一个信号端与所述光电耦合器的频率信号输入端连接，所述光电耦合器的频率信号输出端与所述频率输出接口的内端连接；所述A/D采样电路包括A/D转换电路和信号放大电路，所述A/D转换电路的一个信号端与所述MCU的A/D采样信号端连接，所述A/D转换电路的另一个信号端与所述信号放大电路的信号输出端连接，所述信号放大电路的信号输入端与所述A/D采样接口的内端连接；所述继电器控制电路包括所述10电路的10 口控制电路、继电器驱动电路和继电器输出电路，所述10 口控制电路的继电器控制信号输出端与所述继电器驱动电路的信号输入端CN 202196318 U
说明书
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连接，所述继电器驱动电路的信号输出端与所述继电器输出电路的信号输入端连接，所述继电器输出电路的信号输出端与所述继电器控制接口的内端连接。更进一步，所述CAN网络电路和所述LIN网络电路的物理总线端口处和蓄电池供电端设置有ESD保护器件。所述电源模块包括1个12V-5V线性稳压电源、3个5V的DC-DC隔离电源、1个 5V-3. 3V线性稳压电源，其中，所述12V-5V线性稳压电源的输入端与12V车载蓄电池电源的输出端连接，所述12V-5V线性稳压电源的输出端与所述3个DC-DC隔离电源的输入端并联连接，所述5V-3. 3V线性稳压电源的输入端与第一个所述DC-DC隔离电源的输出端连接； 第一个所述DC-DC隔离电源的输出端还与所述RS232电路和所述A/D转换电路的电源输入端并联连接，第二个所述DC-DC隔离电源的输出端与所述CAN网络电路的电源输入端连接， 第三个所述DC-DC隔离电源的输出端与所述继电器控制电路的继电器驱动电路的电源输入端连接，所述5V-3. 3V线性稳压电源的输出端与所述MCU、所述频率输出电路的PWM控制器、所述IO电路的IO 口控制电路的电源输入端并联连接。本实用新型的有益效果在于本实用新型将电动汽车各受控子系统与控制电路的核心MCU连接，实现了电动汽车各受控子系统之间的协调、配合和统一管理，使电动汽车的操作性能更佳，可达到传统燃油汽车的操控性能，使纯电动汽车在操控性能方面能够替代燃油汽车，可有效减少尾气排放，有利于环保。
图1是本实用新型的总体电路框图；图2是本实用新型的详细电路框图；图3是本实用新型的电源供电结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明如图1和图2所示，本实用新型通过接口与电动汽车受控子系统连接，包括电源模块和控制电路，所述电源模块为所述控制电路提供电源；所述控制电路包括MCU、CAN网络电路、RS232电路、LIN网络电路、IO电路、频率输出电路、A/D采样电路、继电器控制电路， 所述接口包括CAN网络接口、RS232接口、LIN网络接口、IO接口、频率输出接口、A/D采样接口、继电器控制接口，其中，CAN网络电路包括CAN缓冲区、CAN控制器、CAN收发器、光耦隔离器，CAN缓冲区的一个信号端与MCU的CAN网络信号端连接，CAN缓冲区的另一个信号端与CAN控制器的一个信号端连接，CAN控制器的另一个信号端与CAN收发器的一个信号端连接，CAN收发器的另一个信号端与光耦隔离器的一个信号端连接，光耦隔离器的另一个信号端与CAN网络接口的内端连接；RS232电路包括第一串行通信缓冲区、第一串行通信控制器、串行通信接口电平转换电路，第一串行通信缓冲区的一个信号端与MCU的RS232信号端连接，第一串行通信缓冲区的另一个信号端与第一串行通信控制器的一个信号端连接， 第一串行通信控制器的另一个信号端与串行通信接口电平转换电路的一个信号端连接，串行通信接口电平转换电路的另一个信号端与RS232接口的内端连接；LIN网络电路包括第二串行通信缓冲区、第二串行通信控制器、LIN收发器，第二串行通信缓冲区的一个信号端与MCU的LIN网络信号端连接，第二串行通信缓冲区的另一个信号端与第二串行通信控制器的一个信号端连接，第二串行通信控制器的另一个信号端与LIN收发器的一个信号端连接，LIN收发器的另一个信号端与LIN网络接口的内端连接；IO电路包括IO 口控制电路和光电耦合器，IO 口控制电路的一个IO信号端与MCU的IO信号端连接，IO 口控制电路的另一个IO信号端与光电耦合器的一个IO信号端连接，光电耦合器的另一个IO信号端与IO接口的内端连接；频率输出电路包括PWM控制器和IO 口控制电路的光电耦合器，PWM控制器的一个信号端与MCU的频率输出信号端连接，PWM控制器的另一个信号端与光电耦合器的频率信号输入端连接，光电耦合器的频率信号输出端与频率输出接口的内端连接；A/D采样电路包括A/D转换电路和信号放大电路，A/D转换电路的一个信号端与MCU的A/D采样信号端连接，A/D转换电路的另一个信号端与信号放大电路的信号输出端连接，信号放大电路的信号输入端与A/D采样接口的内端连接；继电器控制电路包括IO电路的IO 口控制电路、继电器驱动电路和继电器输出电路，IO 口控制电路的继电器控制信号输出端与继电器驱动电路的信号输入端连接，继电器驱动电路的信号输出端与继电器输出电路的信号输入端连接，继电器输出电路的信号输出端与继电器控制接口的内端连接。上述电路中，图2中省略了图1中的各电路接口，同时细化了图1中的电路结构； 其中，MCU采用型号为“STM32F103VC T7”的主处理器；CAN收发器采用型号为“TJA1050”的器件，光耦隔离器采用型号为“6附37”的器件；LIN收发器采用型号为“MC33661”的器件； RS232电路采用型号为MAX3232的串口逻辑电平转换芯片构成的主控制器；IO电路为IO通信隔离电路，共有5路输入和3路输出，均使用型号为“TLP521”的光电耦合器作为12电平与芯片3. 3V逻辑电平的隔离；频率输出电路共两路，均使用为“TLP521”的光电耦合器作为 12电平与芯片3. 3V逻辑电平的隔离；AD采样电路为模拟信号输入电路及外部传感器供电端口，模拟信号先由线性电阻分压然后通过型号为“AD820AN”的运算放大器构成的电压跟随电路然后进入主处理器进行AD转换；继电器控制电路由型号为“ULN2003A”的高耐压、大电流达林顿陈列构成5个继电器驱动的电路，并在每个继电器的输出端布置12V高低电平的跳线。结合图1和图3，CAN网络电路的物理总线端口处设置有型号为“PRTR5V0U2X”的 ESD保护器件，LIN网络电路的物理总线端口处设置有型号为“PESD1LIN”的ESD保护器件， LIN网络电路的蓄电池供电端设置有型号为“PESD15VU1UT”的ESD保护器件。如图3所示，所述电源模块包括1个12V-5V线性稳压电源、3个5V的DC-DC隔离电源、1个5V-3. 3V线性稳压电源，其中，12V-5V线性稳压电源采用型号为“LM1085-5”的电源，12V-5V线性稳压电源的输入端与12V车载蓄电池电源的输出端连接，12V-5V线性稳压电源的输出端与所述3个DC-DC隔离电源的输入端并联连接，DC-DC隔离电源的型号为 “B0505S-1W”，5V_3. 3V线性稳压电源的型号为“SPX1117M3-3. 3”，5V_3. 3V线性稳压电源的输入端与第一个DC-DC隔离电源的输出端连接；第一个DC-DC隔离电源的输出端还与 RS232电路和A/D转换电路的电源输入端并联连接，第二个DC-DC隔离电源的输出端与CAN 网络电路的电源输入端连接，第三个DC-DC隔离电源的输出端与继电器控制电路的继电器驱动电路的电源输入端连接，5V-3. 3V线性稳压电源的输出端与MCU、频率输出电路的PWM 控制器、IO电路的IO 口控制电路的电源输入端并联连接。[0020] 结合图3，本实用新型系统电源与整车低压系统同步启动，从12V蓄电池取电通过 ON档钥匙控制接通，通过二极管和一个3A保险丝接上线性稳压芯片“LM1085-5”的第3引脚，并在第3引脚处添加10 μ F和0. 1 μ F去耦电容两个；“LM1085-5”的第2引脚为输出引脚输出5V电源，并同样在第2引脚处添加10 μ F和0. 1 μ F去耦电容两个，并在其后并联一带限流电阻的发光二极管作为电源工作指示灯；“LM1085-5”的第1引脚连接电源负极引脚。所述输出5V电源经过一个0欧姆电阻分配给三组并联的5V-5V的D⑶C隔离电路，D⑶C隔离电路的“B0505S-1W”的第1引脚与上级电源共地，第2引脚连接经过所述0 欧姆电阻后的5V电源，第3、第4引脚分别输出经过隔离后的OV和+5V电压，在输出的两端分别并联上一带限流电阻的发光二级管指示灯、IOyF和0. IyF去耦电容两个，最后在隔离后的+5V电源供给下级电路端串入一个10欧姆电阻。第一个DC-DC隔离电源供给本实用新型中的主要用电芯片、第二个DC-DC隔离电源供给CAN网络电路、第三个DC-DC隔离电源供给继电器控制电路。第一个DC-DC隔离电源的5V电源连接“SPX1117M3-3. 3”的第 3引脚，“SPX1117M3-3. 3”的第2引脚输出3. 3V电源供本实用新型的3. 3V用电元件使用， "SPX1117M3-3. 3”第1引脚接第一个DC-DC隔离电源的OV电源作为该线路的地，第1、2引脚间并联IOyF和0. IyF去耦电容两个。
权利要求1.一种电动汽车多总线数字操控器，用于监测电动汽车受控子系统的运行状况，并向电动汽车受控子系统发出指令，通过接口与电动汽车受控子系统连接，包括电源模块和控制电路，所述电源模块为所述控制电路提供电源；其特征在于所述控制电路包括MCU、CAN 网络电路、RS232电路、LIN网络电路、IO电路、频率输出电路、A/D采样电路、继电器控制电路，所述接口包括CAN网络接口、RS232接口、LIN网络接口、IO接口、频率输出接口、A/D采样接口、继电器控制接口，其中，所述MCU的CAN网络信号端与所述CAN网络电路的一个信号端连接，所述CAN网络电路的另一个信号端与所述CAN网络接口的内端连接；所述MCU的 RS232信号端与所述RS232电路的一个信号端连接，所述RS232电路的另一个信号端与所述 RS232接口的内端连接；所述MCU的LIN网络信号端与所述LIN网络电路的一个信号端连接，所述LIN网络电路的另一个信号端与所述LIN网络接口的内端连接；所述MCU的IO信号端与所述IO电路的一个信号端连接，所述IO电路的另一个信号端与所述IO接口的内端连接；所述MCU的频率输出信号端与所述频率输出电路的信号输入端连接，所述频率输出电路的信号输出端与所述频率输出接口的内端连接；所述MCU的A/D采样信号端与所述A/ D采样电路的信号输出端连接，所述A/D采样电路的信号输入端与所述A/D采样接口的内端连接；所述继电器控制电路的信号输入端与所述IO电路的继电器控制信号输出端连接，所述继电器控制电路的信号输出端与所述继电器控制接口连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车多总线数字操控器，其特征在于所述CAN网络电路包括CAN缓冲区、CAN控制器、CAN收发器、光耦隔离器，所述CAN缓冲区的一个信号端与所述MCU的CAN网络信号端连接，所述CAN缓冲区的另一个信号端与所述CAN控制器的一个信号端连接，所述CAN控制器的另一个信号端与所述CAN收发器的一个信号端连接，所述 CAN收发器的另一个信号端与所述光耦隔离器的一个信号端连接，所述光耦隔离器的另一个信号端与所述CAN网络接口的内端连接；所述RS232电路包括第一串行通信缓冲区、第一串行通信控制器、串行通信接口电平转换电路，所述第一串行通信缓冲区的一个信号端与所述MCU的RS232信号端连接，所述第一串行通信缓冲区的另一个信号端与所述第一串行通信控制器的一个信号端连接，所述第一串行通信控制器的另一个信号端与所述串行通信接口电平转换电路的一个信号端连接，所述串行通信接口电平转换电路的另一个信号端与所述RS232接口的内端连接；所述LIN网络电路包括第二串行通信缓冲区、第二串行通信控制器、LIN收发器，所述第二串行通信缓冲区的一个信号端与所述MCU的LIN网络信号端连接，所述第二串行通信缓冲区的另一个信号端与所述第二串行通信控制器的一个信号端连接，所述第二串行通信控制器的另一个信号端与所述LIN收发器的一个信号端连接，所述 LIN收发器的另一个信号端与所述LIN网络接口的内端连接；所述IO电路包括IO 口控制电路和光电耦合器，所述IO 口控制电路的一个IO信号端与所述MCU的IO信号端连接，所述IO 口控制电路的另一个IO信号端与所述光电耦合器的一个IO信号端连接，所述光电耦合器的另一个IO信号端与所述IO接口的内端连接；所述频率输出电路包括PWM控制器和所述IO 口控制电路的光电耦合器，所述PWM控制器的一个信号端与所述MCU的频率输出信号端连接，所述PWM控制器的另一个信号端与所述光电耦合器的频率信号输入端连接，所述光电耦合器的频率信号输出端与所述频率输出接口的内端连接；所述A/D采样电路包括 A/D转换电路和信号放大电路，所述A/D转换电路的一个信号端与所述MCU的A/D采样信号端连接，所述A/D转换电路的另一个信号端与所述信号放大电路的信号输出端连接，所述信号放大电路的信号输入端与所述A/D采样接口的内端连接；所述继电器控制电路包括所述IO电路的IO 口控制电路、继电器驱动电路和继电器输出电路，所述IO 口控制电路的继电器控制信号输出端与所述继电器驱动电路的信号输入端连接，所述继电器驱动电路的信号输出端与所述继电器输出电路的信号输入端连接，所述继电器输出电路的信号输出端与所述继电器控制接口的内端连接。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车多总线数字操控器，其特征在于所述CAN网络电路和所述LIN网络电路的物理总线端口处和蓄电池供电端设置有ESD保护器件。
4.根据权利要求1所述的电动汽车多总线数字操控器，其特征在于所述电源模块包括1个12V-5V线性稳压电源、3个5V的DC-DC隔离电源、1个5V_3. 3V线性稳压电源，其中，所述12V-5V线性稳压电源的输入端与12V车载蓄电池电源的输出端连接，所述12V-5V 线性稳压电源的输出端与所述3个DC-DC隔离电源的输入端并联连接，所述5V-3. 3V线性稳压电源的输入端与第一个所述DC-DC隔离电源的输出端连接；第一个所述DC-DC隔离电源的输出端还与所述RS232电路和所述A/D转换电路的电源输入端并联连接，第二个所述 DC-DC隔离电源的输出端与所述CAN网络电路的电源输入端连接，第三个所述DC-DC隔离电源的输出端与所述继电器控制电路的继电器驱动电路的电源输入端连接，所述5V-3. 3V线性稳压电源的输出端与所述MCU、所述频率输出电路的PWM控制器、所述IO电路的IO 口控制电路的电源输入端并联连接。
专利摘要本实用新型公开了一种电动汽车多总线数字操控器，通过接口与电动汽车受控子系统连接，包括电源模块和控制电路；其特征在于所述控制电路包括MCU、CAN网络电路、RS232电路、LIN网络电路、IO电路、频率输出电路、A/D采样电路、继电器控制电路，所述接口包括CAN网络接口、RS232接口、LIN网络接口、IO接口、频率输出接口、A/D采样接口、继电器控制接口，其中，除MCU外的各控制电路分别与MCU和各接口对应连接。本实用新型利用各接口作为通路、利用MCU外的各控制电路作为信号转换及处理模块将电动汽车各受控子系统与控制电路的核心MCU连接，实现了电动汽车各受控子系统之间的协调、配合和统一管理，使电动汽车的操作性能更佳。
文档编号G05B19/418GK202196318SQ20112029852
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者庞凯, 许璐, 黄大喜 申请人:成都槟果科技有限公司