由于特種車(chē)輛的電子設備種類(lèi)和數量繁多，傳統半自動(dòng)配電方式的管理能力有限，體積和重量較大、車(chē)輛電網(wǎng)故障自檢和隔離能力差、排除故障與檢修時(shí)間長(cháng)、供電可靠性不高等問(wèn)題，影響整個(gè)車(chē)輛和關(guān)鍵部件工作的可靠性?；谇度胧郊夹g(shù)、雙冗余CAN總線(xiàn)與LIN總線(xiàn)構成的車(chē)輛智能配電系統，能夠很好地解決傳統車(chē)輛配電方式的缺點(diǎn)，并且能夠實(shí)現整車(chē)配電系統的智能化、數字化管理。
1智能配電系統的硬件設計
該配電系統分為三個(gè)部分：配電終端，智能配電管理器和車(chē)輛管理終端，如圖1所示。配電終端主要是用于28 V設備的狀態(tài)監控，具有電流檢測、電壓檢測、過(guò)流保護、短路保護、過(guò)壓保護、欠壓保護、過(guò)熱保護及狀態(tài)監控等功能。同時(shí)具有LIN總線(xiàn)的數字通信接口和外部控制接口；有電流、電壓和溫度的數字量輸出，并且各類(lèi)故障的參數點(diǎn)具有可配置性。
由于特種車(chē)輛的用電設備的功率比較小，配電終端內部采用低導通電阻的快速MOSFET來(lái)控制用電設備的通斷。并且采用電流、電壓檢測和短路保護技術(shù)實(shí)現對用電設備狀態(tài)監控、故障的自動(dòng)保護和故障完全隔離。另外，配電終端具有存儲記憶功能，能夠記憶設備故障時(shí)的記錄信息。同時(shí)，提供外部控制接口控制用電設備的通斷，兼容傳統的配電方式。為了實(shí)現遠程控制和配電系統的數字化，配電終端采用了控制器LPC935和低成本、易開(kāi)發(fā)的的LIN總線(xiàn)。由于特種車(chē)輛具有大量的感性負載，啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流過(guò)大，電流瞬間可能超過(guò)額定電流的5～10倍，配電終端采用限流啟動(dòng)方式。這種方式在保護自身的同時(shí)，也能夠改善特種車(chē)輛的電網(wǎng)特性。在大負載啟動(dòng)時(shí)，考慮到可能影響系統電壓，從而影響用電設備的正常運行，配電終端采用控制用電與設備用電分離的方案?？紤]到全車(chē)用電設備數量眾多，配電終端采用模塊化設計，一個(gè)主要用電設備配備一個(gè)配電終端，智能配電管理器負責管理每個(gè)配電終端。
智能配電管理器主要負責管理配電終端的用電設備，對用電設備的運行狀態(tài)進(jìn)行監控，同時(shí)智能配電管理器提供雙冗余CAN通道與車(chē)輛其他管理終端進(jìn)行數據通信，從而實(shí)現整車(chē)電氣系統的數字化管理。對于車(chē)上的次要用電設備通過(guò)I／O控制繼電器來(lái)實(shí)現。
智能配電管理器主要部分包括：鍵盤(pán)和觸摸屏輸入，LCD顯示，雙冗余CAN接口和LIN接口，I／O輸入、輸出、測試、配置和故障檢測接口和備份信息存儲部分。由于智能配電管理器功能復雜，考慮到控制的實(shí)時(shí)性和用電設備的數量眾多，在硬件平臺上，采用32位微處理器LPC2119。LPC2119具有雙CAN控制器，兩個(gè)UART、豐富的I／O資源和內置的RAM和FLASH存儲器。觸摸屏采用ADS7846控制器，LCD選型上支持觸摸屏操作的TFT真彩屏，信息存儲采用8 KB鐵電FLASH，鍵盤(pán)采用專(zhuān)用鍵盤(pán)管理芯。在軟件平臺上，選用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ，保證設備控制的實(shí)時(shí)性和工作的可靠性。
車(chē)輛管理終端主要負責是車(chē)輛電氣綜合的管理，配電屬于其中一個(gè)管理項目，各個(gè)管理終端之間采用雙CAN冗余通信，保證整個(gè)車(chē)輛電氣系統工作和通信的穩定性和可靠性。
2車(chē)輛智能配電系統的軟件設計
2.1配電終端應用軟件實(shí)現的機制和原理
配電終端的程序處理流程如圖2所示。
配電終端軟件采用實(shí)時(shí)編程的思想，利用四路A／D采集輸入端的電壓、輸出端的電壓、電流和溫度，同時(shí)對采集的數字量進(jìn)行濾波處理，保證采集的準確性，從而實(shí)現用電設備的過(guò)壓，欠壓、過(guò)流和溫度故障保護。短路保護采用硬件處理方式，如果檢測到短路硬件自動(dòng)關(guān)斷MOSFET管，并且把短路信號傳輸到單片機的I／O輸入口，以便單片機對短路的識別、判斷。外部控制接口采用I／O輸入口檢測，同時(shí)對外部控制信號采用數字濾波處理，防止干擾時(shí)的誤動(dòng)作。配電終端的信息備份采用LPC935內部的存儲器存儲。備份信息主要是過(guò)壓、過(guò)壓時(shí)間，欠壓、欠壓時(shí)間，過(guò)流、過(guò)流時(shí)間，溫度故障和溫度故障時(shí)間的參數設置點(diǎn)。為了防止運行參數在設置參數點(diǎn)附近波動(dòng)，軟件采用參數設置點(diǎn)回歸處理。由于采用時(shí)間和設置參數綜合判斷故障的處理方法，能夠較好地處理設備正常啟動(dòng)瞬間低電壓和大電流而導致配電終端誤認為故障現象。通常為了防止電壓過(guò)低和過(guò)高車(chē)輛上采用并聯(lián)蓄電池處理的方法，大電流采用能量瞬間釋放處理。
為了實(shí)現配電終端的數字量輸出和配電系統的數字化控制，配電終端采用LIN總線(xiàn)通信，并且在LIN應用層協(xié)議采用標準LIN 1.2協(xié)議。由于LIN總線(xiàn)屬于完全主從模式，為了智能配電管理能夠正確地訪(fǎng)問(wèn)每一個(gè)配電終端，在系統上電時(shí)采用自動(dòng)分配地址的處理方法，由配電管理器為每個(gè)終端分配惟一地址。為了保證LIN通信的可靠性和異常處理，在軟件上，LIN通信數據采用CRC16校驗，從而保證設備的工作正常，解決通信數據的異常出錯處理。
2.2配電管理器應用軟件實(shí)現的機制和原理
該系統采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ作為配電管理器端的軟件平臺，μC／OS-Ⅱ源代碼開(kāi)放、內核小、移植方便，易于開(kāi)發(fā)。并且該操作系統支持多任務(wù)并發(fā)運行，可以采用多任務(wù)編程方法。這樣，配電管理器端的每個(gè)功能可以作為一個(gè)獨立的任務(wù)來(lái)實(shí)現，這大大地增強了系統軟件的可靠性、穩定性，也便于以后的維護和升級。同時(shí)配電管理器也提供了圖形用戶(hù)接口，結合鍵盤(pán)、LCD液晶顯示和觸摸屏模塊為用戶(hù)提供友好的人機交互界面。
2.2.1配電管理器應用軟件設計
系統的工作流程主要是說(shuō)明各個(gè)任務(wù)是如何協(xié)調工作。整個(gè)系統的運行過(guò)程如圖3所示。
嵌入式配電管理端的軟件主要實(shí)現設備參數的讀取和設定、人機交互功能、用電設備的監控功能、CAN、LIN通信數據傳輸等功能。設備參數的讀取和設定功能提供了現場(chǎng)對設備參數的修改，也可以通過(guò)遠程監測終端來(lái)修改。但是遠程監控終端必須通過(guò)許可認證。認證的信息和設備參數保存在鐵電FLASH存儲器中，以便系統掉電后用戶(hù)許可的信息不丟失。人機交互功能提供給用戶(hù)監控
1智能配電系統的硬件設計
該配電系統分為三個(gè)部分：配電終端，智能配電管理器和車(chē)輛管理終端，如圖1所示。配電終端主要是用于28 V設備的狀態(tài)監控，具有電流檢測、電壓檢測、過(guò)流保護、短路保護、過(guò)壓保護、欠壓保護、過(guò)熱保護及狀態(tài)監控等功能。同時(shí)具有LIN總線(xiàn)的數字通信接口和外部控制接口；有電流、電壓和溫度的數字量輸出，并且各類(lèi)故障的參數點(diǎn)具有可配置性。
由于特種車(chē)輛的用電設備的功率比較小，配電終端內部采用低導通電阻的快速MOSFET來(lái)控制用電設備的通斷。并且采用電流、電壓檢測和短路保護技術(shù)實(shí)現對用電設備狀態(tài)監控、故障的自動(dòng)保護和故障完全隔離。另外，配電終端具有存儲記憶功能，能夠記憶設備故障時(shí)的記錄信息。同時(shí)，提供外部控制接口控制用電設備的通斷，兼容傳統的配電方式。為了實(shí)現遠程控制和配電系統的數字化，配電終端采用了控制器LPC935和低成本、易開(kāi)發(fā)的的LIN總線(xiàn)。由于特種車(chē)輛具有大量的感性負載，啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流過(guò)大，電流瞬間可能超過(guò)額定電流的5～10倍，配電終端采用限流啟動(dòng)方式。這種方式在保護自身的同時(shí)，也能夠改善特種車(chē)輛的電網(wǎng)特性。在大負載啟動(dòng)時(shí)，考慮到可能影響系統電壓，從而影響用電設備的正常運行，配電終端采用控制用電與設備用電分離的方案?？紤]到全車(chē)用電設備數量眾多，配電終端采用模塊化設計，一個(gè)主要用電設備配備一個(gè)配電終端，智能配電管理器負責管理每個(gè)配電終端。
智能配電管理器主要負責管理配電終端的用電設備，對用電設備的運行狀態(tài)進(jìn)行監控，同時(shí)智能配電管理器提供雙冗余CAN通道與車(chē)輛其他管理終端進(jìn)行數據通信，從而實(shí)現整車(chē)電氣系統的數字化管理。對于車(chē)上的次要用電設備通過(guò)I／O控制繼電器來(lái)實(shí)現。
智能配電管理器主要部分包括：鍵盤(pán)和觸摸屏輸入，LCD顯示，雙冗余CAN接口和LIN接口，I／O輸入、輸出、測試、配置和故障檢測接口和備份信息存儲部分。由于智能配電管理器功能復雜，考慮到控制的實(shí)時(shí)性和用電設備的數量眾多，在硬件平臺上，采用32位微處理器LPC2119。LPC2119具有雙CAN控制器，兩個(gè)UART、豐富的I／O資源和內置的RAM和FLASH存儲器。觸摸屏采用ADS7846控制器，LCD選型上支持觸摸屏操作的TFT真彩屏，信息存儲采用8 KB鐵電FLASH，鍵盤(pán)采用專(zhuān)用鍵盤(pán)管理芯。在軟件平臺上，選用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ，保證設備控制的實(shí)時(shí)性和工作的可靠性。
車(chē)輛管理終端主要負責是車(chē)輛電氣綜合的管理，配電屬于其中一個(gè)管理項目，各個(gè)管理終端之間采用雙CAN冗余通信，保證整個(gè)車(chē)輛電氣系統工作和通信的穩定性和可靠性。
2車(chē)輛智能配電系統的軟件設計
2.1配電終端應用軟件實(shí)現的機制和原理
配電終端的程序處理流程如圖2所示。
配電終端軟件采用實(shí)時(shí)編程的思想，利用四路A／D采集輸入端的電壓、輸出端的電壓、電流和溫度，同時(shí)對采集的數字量進(jìn)行濾波處理，保證采集的準確性，從而實(shí)現用電設備的過(guò)壓，欠壓、過(guò)流和溫度故障保護。短路保護采用硬件處理方式，如果檢測到短路硬件自動(dòng)關(guān)斷MOSFET管，并且把短路信號傳輸到單片機的I／O輸入口，以便單片機對短路的識別、判斷。外部控制接口采用I／O輸入口檢測，同時(shí)對外部控制信號采用數字濾波處理，防止干擾時(shí)的誤動(dòng)作。配電終端的信息備份采用LPC935內部的存儲器存儲。備份信息主要是過(guò)壓、過(guò)壓時(shí)間，欠壓、欠壓時(shí)間，過(guò)流、過(guò)流時(shí)間，溫度故障和溫度故障時(shí)間的參數設置點(diǎn)。為了防止運行參數在設置參數點(diǎn)附近波動(dòng)，軟件采用參數設置點(diǎn)回歸處理。由于采用時(shí)間和設置參數綜合判斷故障的處理方法，能夠較好地處理設備正常啟動(dòng)瞬間低電壓和大電流而導致配電終端誤認為故障現象。通常為了防止電壓過(guò)低和過(guò)高車(chē)輛上采用并聯(lián)蓄電池處理的方法，大電流采用能量瞬間釋放處理。
為了實(shí)現配電終端的數字量輸出和配電系統的數字化控制，配電終端采用LIN總線(xiàn)通信，并且在LIN應用層協(xié)議采用標準LIN 1.2協(xié)議。由于LIN總線(xiàn)屬于完全主從模式，為了智能配電管理能夠正確地訪(fǎng)問(wèn)每一個(gè)配電終端，在系統上電時(shí)采用自動(dòng)分配地址的處理方法，由配電管理器為每個(gè)終端分配惟一地址。為了保證LIN通信的可靠性和異常處理，在軟件上，LIN通信數據采用CRC16校驗，從而保證設備的工作正常，解決通信數據的異常出錯處理。
2.2配電管理器應用軟件實(shí)現的機制和原理
該系統采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ作為配電管理器端的軟件平臺，μC／OS-Ⅱ源代碼開(kāi)放、內核小、移植方便，易于開(kāi)發(fā)。并且該操作系統支持多任務(wù)并發(fā)運行，可以采用多任務(wù)編程方法。這樣，配電管理器端的每個(gè)功能可以作為一個(gè)獨立的任務(wù)來(lái)實(shí)現，這大大地增強了系統軟件的可靠性、穩定性，也便于以后的維護和升級。同時(shí)配電管理器也提供了圖形用戶(hù)接口，結合鍵盤(pán)、LCD液晶顯示和觸摸屏模塊為用戶(hù)提供友好的人機交互界面。
2.2.1配電管理器應用軟件設計
系統的工作流程主要是說(shuō)明各個(gè)任務(wù)是如何協(xié)調工作。整個(gè)系統的運行過(guò)程如圖3所示。
嵌入式配電管理端的軟件主要實(shí)現設備參數的讀取和設定、人機交互功能、用電設備的監控功能、CAN、LIN通信數據傳輸等功能。設備參數的讀取和設定功能提供了現場(chǎng)對設備參數的修改，也可以通過(guò)遠程監測終端來(lái)修改。但是遠程監控終端必須通過(guò)許可認證。認證的信息和設備參數保存在鐵電FLASH存儲器中，以便系統掉電后用戶(hù)許可的信息不丟失。人機交互功能提供給用戶(hù)監控
