电动车行车参数记录仪

【摘要】在电动车行駛或测试工程中，驾驶员需要了解电动车的具体行车状态，测试电动车的各项参数是否正常或是否达到达到各个部件预期设计的参数的，从而设计一款电动车记录仪。通过安装在电动车上的传感器感应电动车的行车参数后传递给控制器，通过采集运算后得到电流、电压、功率和电能值，并把这些数据存入存储盘，存储数据达到1秒钟存储一次。数据存储形式保存为XLS文件，方便数据导出、打印和分析，一次行车或试车就能保存到大量数据供技术人员分析，并检测行车的安全。

【关键词】检测;电能值;数据存储

Abstract：In electric vehicles or test engineering，drivers need to be aware of the specific of the electric vehicle driving state，test the parameters of electric vehicles is normal or if the parts desired design parameter，to design a electric vehicle data recorder.By sensors installed in electric vehicle induction electric driving runnin controller parameters，current，voltage，power is obtained by acquisition after operation and power value，and save the data in storage，storage data stores a reaches 1 second.Convenient data storage format for the.xls files，data export，print，and analysis of a vehicle or test can be saved to a large amounts of data for the analysis of technical personnel，and test driving safety.

Key words：Detection;Electric power value;Data store

1.引言

随着经济不断发展，使人民的生活水平不断提高，生活节奏明显加快。此时节能环保的电动车应运而生，成了许多人代步的主要工具，同时电动车的行车安全成了许多人的焦虑，记录电动车检测的数据就显得尤为重要了。

电动车记录仪的诞生更加增加的人们的担忧，各式各样的记录仪都注重了外在的东西，忽略了记录仪本身记录数据的重要性，鉴于这种环境下设计了这样一款侧重记录电动车数据的记录仪，主要目的是记录指标数据与测试数据并进行对比，从而改进电动车节能装置和动力设备。通过大量的精确的数据记录来分析电动车的安全性能，同时也给电动车的改进提供了有效的参考依据。

2.系统总体结构

如图1所示。系统由GPS模块、车体数据检测、霍尔传感器、存储模块和控制按键组成。GPS模块采用VK1513，它是基于NMEA-0183的标准通信格式，通过它可以知道电动车定位信息，行驶速度，行驶路程，行驶坡度不同时的数据，可以方便测试耗能与坡度的关系。

车体数据检测采用电能测量芯片CS5460A，它是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的ΔΣ模-数转换器。它可以精确测量和计算有功电能、瞬时功率、IRMS和VRMS，可用于单相2 线或3 线电表。CS5460A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。

车速检测电路采用霍尔传感器与相关电路，速度检测采用双检测，GPS检测与霍尔检测，确保速度准确，在没有GPS的环境下也能检测行车速度，真确记录。

存储模块采用BP375A，支持符合USB 相关规范基于Bulk-Only传输协议的各种U 盘/闪存盘/外置硬盘，支持文件系统FAT16及FAT32，文件操作功能：支持新建、删除、读写数据，打开关闭文件等。SPI接口，支持3.3V电平。

图1 系统结构框图

3.系统硬件设计

3.1 控制器的分析

控制器采用STC12C5A60S2作为控制器，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D（250K/S，即25万次/秒）转换，针对电机控制，强干扰场合。在这里还用到两个通用全双工异步串行口。

图2 输入电压滤波特性

图3 输入电流滤波特性

表1 差模输入电压与输出编码

输入电压（DC） 输出编码

（16进制） 输出编码

（10进制）

+250mV 7FFFF 8388607

14.9nV至44.7nV 000001 1

-14.9nV至14.9nV 000000 0

-44.7nV至-14.9nV FFFFFF -1

-250mV 800000 -8388608

3.2 数据采集

在采集数据上用CS5460A是专为功率测量进行了优化，采用电流互感器相连来测量电流;与分压电阻或电压互感器相连来测量电压。为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量程可选择为±250mVRMS 或±50mVRMS。电压通道的PGA可适应250mV 的输入电压范围。对于VA+和VA-两端接单+5V电源的情况，两个通道的差模输入引脚间所加的共模+信号电压为-0.25V到+5V。另外，设计时可以在某一个通道或两个通道实现双端差模输入，此时输入信号的共模电压加在AGND上。CS5460A 每通道都有一个高速数字滤波器，将两个ΔΣ调制器的输出衰减10倍并积分。滤波器以（MCLK/K）/1024的字输出速率（OWR）输出24位数据。如图2、图3所示。

滤波后瞬态电压和电流的数字量将基于DC偏移量寄存器（进行加法运算）和增益寄存器（进行乘法运算）进行偏移量/增益调整。

表1设定了差模输入电压（电压通道输入端“+”“-”引脚间的电压）和相应的瞬态电压寄存器输出编码之间的关系。当电流通道的PGA增益置于“10X”时，该表也适用于电流通道。

图4 存储系统框图

最小识别电压是14.9nV，最小间隔电压是15nV，可以很精确的测量到实际的电压值。

3.3 控制U盘的硬件电路

本设计采用PB375A对U盘进行控制，PB375A的供电是5V，但是IO口的电平是3.3V，所以PB375A与5V单片机连接时需要进行电平转换到3.3V。在操作PB375A时，需要些上电等待时间。串口操作时，需要在上电前将COMMMODE接地则表示串口操作模式，在数据的每个字节之间加几个us的延时。如图4所示。

图6 程序流程图

3.4 GPS模块

VK1513是一个高效能、低耗电的智能型卫星接收模块，采用串口方式与控制器通信。该协议采用ASCII码，其串行通信默认参数为：波特率=9600bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。按键控制电路采用独立按键。如图5所示。

4.软件设计

程序流程图如图6所示。

5.系统测试

通过各个模块测试后，真题系统调试，试车测试，记录数据的其中两组见表2。

当没插入U盘的时候，红色指示灯点亮，表示其他操作无效。当插入U盘时，系统检测U盘存在，这时红色指示灯熄灭，绿色指示灯点亮，说明可以进行操作。当测试时想要定位有用的信息时，要观测定位指示灯是否亮起，如果是熄灭的状态，表示这时定位无效，但是其他信息依然有效。

最后经过整体调试，达到想要目标。上电绿指示灯亮起，U盘存在。按键第一次按下，创建XLS文件保存基本数据，创建之后接收系统的各种有用数据，通过处理以每秒一次的速度存入U盘，再次按下按键，关闭文件并停止数据存储。拔下U盘，通过电脑观察U盘中创建了以时间为名的XLS文件，打开文件数据如上述格式存入XLS文件中。

6.总結

本设计以方便电动车测试制作的检测器，对电动车快速研发有一定的帮助，能很方便应用到实际中，可以通过实际需要作进一步的改进，使它更贴近实际发挥它的作用。

参考文献

[1]丁向荣 STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].电子工业出版社，2011.

[2]孙肖子.电子设计指南[M].高等教育出版社，2006.

[3]李彤，吕军.短消息传送GPS位置数据的高效数据压缩方法[J].装甲兵工程学院学报，2009（01）.

[4]徐杨.汽车行驶记录仪无线数据检测系统的设计与实现[D].南京大学，2013.

[5]胡学海.单片机原理及系统设计实用教程[M].化学工业出版社，2012.

[6]杨玉林.新编电子与电路实用技术[M].北京燕山出版社，2008.

[7]杨娜.传感器与测试技术[M].航空工业出版社，2012.

[8]黄智伟.电路设计[M].北京航空航天出版社，2011.

作者简介：杨振雷（1982—），男，工学学士，助理实验师，主要研究方向：无线通讯，工业控制，无线视频监控技术等。