基于Qt5.0的电机电控动力总成智能监控系统设计

2022-08-02曾瑜

电子制作 2022年13期

曾瑜

（长沙硕博电机有限公司，湖南长沙，410221）

0 前言

随着国家污染物排放标准的提高和新能源政策的大力推广，汽车领域迎来了”电动化”、”智能化”的创新革命，新能源车辆产量得到了飞速增长，配套的电机电控动力总成市场需求也越来越大。为了便于对车辆的全过程管控，起着关键作用的电机电控动力总成的智能监控系统就显得尤为重要。但是，目前绝大部分电机电控系统都没有独立的、全面的智能监控系统，一般只能通过面板和LCD屏对电机进行简单的控制和显示某些参数，更加无法做到实时监控和故障自诊断等功能。

为了解决以上问题，本文基于Qt5.0设计了一套电机电控动力总成的智能监控系统，实现动力总成的运行数据实时监控、故障自检、故障报警、程序在线升级和预测维保等功能，使电机工作更智能、更高效。

1 系统总体设计方案

本智能监控系统主要包括以TMS320F2812主控芯片为核心的信号实时采集模块、CAN通讯模块[1]和基于Qt5.0的数据实时监控模块，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

其中，信号实时采集模块由主控芯片TMS320F2812、温度信号传感器、位置信号传感器和电流信号传感器等组成，主要采集系统的温度信号、位置信号、电流信号等模拟量信号，TMS320F2812主控芯片除了负责采集这些信号外，还具有另外一个重要的功能，根据这些采集的信号和给定的信号，结合先进的矢量控制算法，对电机进行动力输出，同时输出智能监控系统需要的非传感器直接采集到的一些中间信号。再通过CAN 总线将系统的所有信息进行上发。对一些实时性要求较高的信息如转速、电流、电压、温度等信号采用PDO直接传输模式，而对一些实时性要求不是特别高的信号如参数设置信号等采用SDO主从传输模式，以减少总线的数据量。智能监控模块基于Qt5.0，采用CAN总线协议与下位机进行通讯，能够实时监控电机的运行数据，进行故障自诊断，具有示波器功能和数据存储与分析功能，同时还可以对电机程序进行在线升级。

2 系统子模块设计与实现

2.1 主控芯片选择

本系统选用DSP处理芯片TMS320F2812[2]，它具有DSP的高速运算特点，同时具有单片机的高控制能力。它集成了多路PWM信号发生器，高速高精度ADC以及用于电机速度和位置反馈的编码器接口。其快速的A/D转换器便于实现电流电压检测；SCI接口能够直接与智能型绝对式位置编码器通信；系统运行和采样时间的基准时间可以选用芯片自带的通用定时器；丰富的I/O资源，便于键盘输入和LCD显示控制。

2.2 实时采集模块

信号实时采集模块[3]由TMS320F2812主控芯片、电源电路、复位电路、信号采集电路、信号给定电路、保护电路和CAN通讯接口电路等组成。实时采集模块框图如图2所示。

图2 实时采集模块框图

本系统选用多摩川TS5667N120智能型绝对式编码器[4]进行直接位置检测，通过TMS320F2812的SCI接口实现编码器的通信，这样不但节省成本，而且结构更加紧凑。

目前常用的电机相电流检测方法有霍尔元件采样、电阻采样、磁敏电阻采样和直流电流互感器采样法等，本系统选用TBC10P电流传感器，其测量电流范围为20A，它的初、次级线圈之间是绝缘的，抗干扰能力超强，能够测量直流电流和交流电流。

2.3 通讯管理模块

TMS320F2812芯片自带1路CAN总线接口，外部只需扩展CAN驱动器，本系统选用TI的SN65HVD232，它可驱动CAN控制器和物理总线间的接口，实现CAN总线的高速发送和接收功能。CAN总线与TMS320F2812的接口电路如图3所示。

图3 CAN总线与TMS320F2812的接口电路示意图

3 智能监控软件设计

智能监控软件基于Qt5.0[5]开发，Qt是一个跨平台的C++图像用户界面应用程序框架。它为应用程序开发者提供建立艺术级图形界面所需的所有功能。它是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正的组件编程。本智能监控软件主要由欢迎界面、注册界面、CAN设置界面、客户端界面、调试端界面、程序下载界面等组成，通过CAN总线通信。