燃料電池發(fā)動(dòng)機監控系統軟件設計

1 引言

　　車(chē)用燃料電池具有效率高、啟動(dòng)快、環(huán)保性好、響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，是取代汽車(chē)內燃機的理想解決方案。燃料電池汽車(chē)的最大優(yōu)點(diǎn)是清潔、無(wú)污染，在全球環(huán)境保護問(wèn)題日益突出的今天，燃料電池汽車(chē)作為環(huán)保型汽車(chē)越來(lái)越受到人們的重視。為提高燃料電池發(fā)動(dòng)機系統的可靠性，需要對發(fā)動(dòng)機的各系統狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，記錄試驗數據，分析其運行特性，為發(fā)動(dòng)機控制策略的不斷改進(jìn)提供依據，同時(shí)對整車(chē)性能進(jìn)行評估。因此，燃料電池發(fā)動(dòng)機監控系統的開(kāi)發(fā)具有很重要的現實(shí)意義。

2 系統概述

　　2.1 系統結構簡(jiǎn)介

本系統由軟件和硬件兩部分組成，如圖1所示。它以高性能的dsp為核心，開(kāi)發(fā)出控制燃料電池發(fā)動(dòng)機的嵌入式控制器。不僅能完成對燃料電池發(fā)動(dòng)機的控制，并對整車(chē)較為嚴重的電磁干擾做了相應的處理，增強了控制系統的抗干擾性和穩定性；與其配套的上位機監控軟件是一個(gè)擁有良好人機界面的試驗數據監控和記錄中心。系統中dsp的任務(wù)主要是完成數據的采集與處理，算法的實(shí)現與驅動(dòng)，并通過(guò)串口與上位機通信，將采集到的數據傳送給上位機，并接收上位機發(fā)來(lái)的控制命令。而系統的上位機對燃料電池發(fā)動(dòng)機工作狀態(tài)實(shí)現實(shí)時(shí)監控，完成數據的轉換、存儲及查詢(xún)功能。上位機軟件是在windows2000/xp操作系統下利用vc++ 6.0開(kāi)發(fā)完成的，由于篇幅所限，本文重點(diǎn)介紹上位機監控軟件的設計與實(shí)現。

圖1 燃料電池發(fā)動(dòng)機控制器結構圖

　　2.2 監控軟件的總體設計

本系統需要監控一系列的參數，記錄歷史數據及顯示實(shí)時(shí)曲線(xiàn)圖，并實(shí)時(shí)地顯示報警事件，提供診斷信息，使監控人員可以及時(shí)了解異常情況，查詢(xún)故障內容?？刂破鞯闹饕刂茖ο笥袣錃夤┙o、空氣供給、冷卻水循環(huán)、電堆功率等，監控軟件對其中關(guān)鍵參數進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、報警顯示及數據存儲等。根據系統分析確定的目標和功能，采用模塊化設計方法，進(jìn)行了系統的界面結構設計。本系統由多個(gè)模塊組成，每一個(gè)模塊完成一項獨立的功能，模塊與模塊之間通過(guò)數據相關(guān)聯(lián)。其關(guān)系如圖2所示。

圖2 監控系統結構圖

3 主要功能模塊設計

　　3.1 信息顯示模塊

　　完成對系統主要設備運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，包括用不同的顏色來(lái)表示設備的啟、停狀態(tài)，用編輯框實(shí)時(shí)顯示主要的運行參數，如電壓、電流、壓力、溫度等，并設置報警信號。

　　同時(shí)，由于控件較多，各部分功能不同，引入屬性頁(yè)使不同用途控件分頁(yè)表示，達到屏幕美觀(guān)且操作方便的效果。燃料電池車(chē)載監控系統的主控畫(huà)面如圖3所示。

圖3 燃料電池車(chē)載監控系統主界面

　　3.2 串行通信模塊

完成數據通信并對所收到的數據進(jìn)行處理、分析、存盤(pán)。把接收到的數據進(jìn)行范圍轉換后存放到事先定義好的結構體內，并檢查每個(gè)參數值是否超限，若超限則置報警標志并報警；該軟件正常使用時(shí)處于長(cháng)期連續運行狀態(tài)，通過(guò)串口接收數據的工作一直進(jìn)行。

　　(1)通信協(xié)議。在串行通信中，為了實(shí)現特定的用戶(hù)功能，必須在軟件中制定通信協(xié)議。在開(kāi)發(fā)燃料電池串行數據通信程序的過(guò)程中，通過(guò)長(cháng)期的調試和不斷的總結，最終得到一套完整而可靠的通信協(xié)議。該協(xié)議一共分為3層，分別為物理層和數據鏈接層。

物理層。規定了電子電氣方面的特性及原始位流在物理鏈路上的傳輸，提供了原始位流傳輸信道；串行通信口：rs-232串口，硬件接口：dsp輸出的ttl電平經(jīng)專(zhuān)用集成模塊轉換成rs-232信號，波特率：19200，字符格式：8位數據位，2位停止位。

數據鏈接層。用幀作為信息傳輸單元，使用了兩種幀：控制幀與數據幀。數據幀包括幀頭和負載數據，幀頭占6個(gè)字節，如表1所示，其中count表示負載數據長(cháng)度，check1表示第二、三字節的校驗和?？刂茙挥袔^，長(cháng)為6字節，如表2所示。為保證可靠的傳輸，在傳輸開(kāi)始前，通過(guò)握手建立連接，采用發(fā)送/應答/重連/失敗方式。

　　cmd表示控制信號。

　　check2表示第二、三字節的校驗和，當cmd＝check2＝0時(shí)，表示傳輸結束。

　　(2) 應用層。實(shí)現各監控參數的完整性傳輸，包括監控數據與校驗和。

　　每個(gè)監控參數用兩個(gè)字節表示，低位先傳。

　　校驗和占兩個(gè)字節，對監控數據按位異或校驗。

　　當通信失敗或校驗錯時(shí)，往下位機發(fā)出報警信息。

　　(3)通信軟件設計。vc中進(jìn)行串口通信通常有三種方法。一是利用microsoft公司提供的activex控件microsoft communications control。這種方法較簡(jiǎn)單，只需要對串口進(jìn)行簡(jiǎn)單配置，但在數據量較大且高速傳遞時(shí)程序易掛起。二是直接采用windows api通信函數，同時(shí)利用多線(xiàn)程技術(shù)來(lái)提高程序的效率。這種方法通信過(guò)程穩定，適用于要求較高的通信環(huán)境，但使用較復雜。第三種方法是利用第三方提供或自己編寫(xiě)的通信類(lèi)，只要理解這種類(lèi)的幾個(gè)成員函數就能方便的使用，且通信穩定。本程序采用第三種方法，使用了由remon spekreijse提供的多線(xiàn)程串口類(lèi)cserialport，并在此基礎上進(jìn)行了一些改進(jìn)，使之能用于本程序。

　　由于篇幅所限，本文只列出部分關(guān)鍵代碼。

　　(1) 初始化程序段

//初始化com1
// m_serialport是cserialport類(lèi)的對象，//在頭文件中定義

if(m_serialport.initport(this,1,19200,`n`,8,2,ev_rxflag|ev_rxchar,1024))
{
m_serialport.startmonitoring();
//啟動(dòng)串口監視線(xiàn)程 m_bserialportopened=true;
// m_bserialportopened為串口打開(kāi)標志
}

　　(2) 串口通訊程序段

　　串口需要對下位機進(jìn)行控制以及準確采集現場(chǎng)上傳的實(shí)時(shí)參數，如溫度、電流、電壓、水位等，以便分析和改進(jìn)整車(chē)性能，是通信程序設計的重點(diǎn)。其工作流程如圖4所示.

圖4 上位機收發(fā)數據流程圖

　　由于原類(lèi)只能發(fā)送字符(ascii文本)，不能處理二進(jìn)制發(fā)送，而本系統需要發(fā)送二進(jìn)制數據，所以需要對原類(lèi)進(jìn)行一些改進(jìn)，添加一個(gè)發(fā)送函數：

void cserialport::writetoport(byte *bt, int n)
{
assert(m_hcomm != 0);
memset(m_szwritebuffer,0,sizeof(m_szwritebuffer));
memcpy(m_szwritebuffer, bt, n);
//將待發(fā)送數據復制到發(fā)送緩沖區
m_nwritesize=n;
setevent(m_hwriteevent); //觸發(fā)寫(xiě)事件
}
則發(fā)送代碼為：
m_serialport.writetoport(sendon,4);
// sendon為字節型發(fā)送數據
串口接收簡(jiǎn)單代碼舉例如下：
long c******::oncomm(wparam ch, lparam port)
{
………
count++;
buf[count]=ch;
checksum=checksum^ch;
if(count==buf1)//全部字節接受完畢
{
if(checksum)//校驗錯
{
afxmessagebox(接收校驗出錯);
::sendmessage(m_hwnd,wm_resend,(wparam)0,(lparam)0);
// wm_resend為重發(fā)消息
}
else
{
byte dol=*(char*)(buf+2);
//接受處理數據
byte doh=*(char*)(buf+3);
………
}
connectdb()；//連接數據庫
………

　　3.3 數據管理模塊

　　采集來(lái)的數據主要存放在數據庫中，方便用戶(hù)查詢(xún)各歷史數據、顯示數據曲線(xiàn)和打印功能。vc語(yǔ)言提供了多種操作數據庫的方法，使用odbc(開(kāi)放數據庫連接)訪(fǎng)問(wèn)數據庫就是一種很常用的操作方法。另外,通過(guò)dbgrid control(網(wǎng)格控件)和microsoft remotedata control的協(xié)同工作就能提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)數據庫的界面，用來(lái)進(jìn)行數據庫數據的瀏覽，添加，刪除，修改等操作。整個(gè)過(guò)程實(shí)現和操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單方便。具體連接步驟如下：

　　(1) 建立access數據庫。

　　(2) 在工程中加入datagrid和remotedata control控件。remote-data控件在數據庫和datagrid控件中起著(zhù)橋梁作用，完成同數據庫的綁定。然后對兩控件屬性進(jìn)行設置。

　　 (3) 由于odbc數據源需要手動(dòng)在控制面板中添加注冊，不方便程序的移植，于是程序通過(guò)代碼動(dòng)態(tài)配置數據源。

　　部分程序如下：

char* szdesc;
szdesc=new char[256];
sprintf(szdesc,dsn=%s? description=toc support sourc
e?dbq=%s? file=microsoftacces -s? defaultdir=%s?? ,controlh
-istory,lpszfile,spath);
// controlhistory為數據源名稱(chēng)，//lpszfile為數據庫名稱(chēng)，spath為數據庫所//在路徑
if(false==sqlconfigdatasou -rce(null,odbc_add_dsn,microsoft
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