原標(biāo)題：基于事件觸發(fā)的充電機與BMS通信設(shè)計方案

基于STM32F103ZET6+TJA1040實現(xiàn)事件觸發(fā)的充電機與BMS通信設(shè)計方案

一、方案概述

充電機與電池管理系統(tǒng)（BMS）的通信是電動車充電系統(tǒng)的重要組成部分。采用事件觸發(fā)的通信模式可以有效減少總線負(fù)載，提高通信效率。本設(shè)計基于STM32F103ZET6主控芯片和TJA1040 CAN收發(fā)器，構(gòu)建一個高效、可靠的充電機與BMS通信系統(tǒng)。

二、設(shè)計系統(tǒng)框架

1. 系統(tǒng)硬件框架

系統(tǒng)的主要硬件模塊包括：

1. 主控芯片：STM32F103ZET6

2. CAN收發(fā)器：TJA1040

3. 供電模塊：DC-DC電源轉(zhuǎn)換器

4. 通信接口：CAN總線

5. 其他外設(shè)：包括晶振電路、濾波電路、保護電路等

2. 系統(tǒng)軟件框架

系統(tǒng)軟件包括以下功能模塊：

1. CAN通信驅(qū)動：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收發(fā)。

2. 事件觸發(fā)機制：用于檢測和處理特定事件。

3. 數(shù)據(jù)解析模塊：解析BMS發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。

4. 控制算法：根據(jù)BMS數(shù)據(jù)調(diào)整充電策略。

5. 狀態(tài)監(jiān)控模塊：實時監(jiān)控充電狀態(tài)。

三、主要器件介紹及作用

1. STM32F103ZET6

型號概述：STM32F103ZET6是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，主頻高達(dá)72 MHz，具有豐富的外設(shè)接口和較大的存儲空間。

在本設(shè)計中的作用：

1. 實現(xiàn)CAN通信協(xié)議棧，接收和發(fā)送BMS數(shù)據(jù)。

2. 執(zhí)行事件觸發(fā)邏輯。

3. 實時處理BMS數(shù)據(jù)，調(diào)整充電參數(shù)。

4. 提供系統(tǒng)控制邏輯，包括狀態(tài)監(jiān)控和異常處理。

關(guān)鍵參數(shù)：

• 工作電壓：2.0V – 3.6V

• Flash存儲：512 KB

• SRAM：64 KB

• 通信接口：2個CAN接口，5個UART接口，3個SPI接口等

• 外設(shè)：12位ADC、定時器等

2. TJA1040

型號概述：TJA1040是一款高速CAN收發(fā)器，支持高達(dá)1 Mbps的通信速率，具備低功耗模式和優(yōu)良的EMC性能。

在本設(shè)計中的作用：

1. 將STM32的CAN控制器輸出的TTL電平信號轉(zhuǎn)換為CAN總線差分信號。

2. 接收來自CAN總線的信號，并將其轉(zhuǎn)換為STM32可識別的TTL電平。

3. 提供總線錯誤檢測功能，提高通信可靠性。

關(guān)鍵參數(shù)：

• 數(shù)據(jù)速率：最高1 Mbps

• 供電電壓：4.5V – 5.5V

• 靜電防護：符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)

3. 電源模塊

系統(tǒng)使用DC-DC降壓模塊，將24V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V和5V，分別為STM32和TJA1040供電。

4. 晶振與濾波電路

使用8 MHz晶振作為STM32的主時鐘，通過PLL倍頻至72 MHz。濾波電路確保電源和信號的穩(wěn)定性，避免噪聲干擾通信。

四、系統(tǒng)設(shè)計細(xì)節(jié)

1. 硬件設(shè)計

1. STM32與TJA1040連接：

• STM32的CAN_Tx引腳連接至TJA1040的TxD引腳。

• STM32的CAN_Rx引腳連接至TJA1040的RxD引腳。

• TJA1040的CANH和CANL引腳通過120 Ω終端電阻連接至CAN總線。

2. 供電電路：

• STM32工作電壓為3.3V，由DC-DC模塊直接供電。

• TJA1040工作電壓為5V，也由DC-DC模塊供電。

3. 保護電路：

• 在CANH和CANL引腳上添加TVS二極管，防止瞬態(tài)電壓損害。

4. 濾波電路：

• 在電源輸入端添加電容濾波，降低高頻噪聲。

2. 軟件設(shè)計

1. CAN通信協(xié)議棧

• 初始化CAN接口，設(shè)置波特率為500 kbps。

• 配置過濾器，僅接收指定ID的數(shù)據(jù)幀。

• 實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的打包和解析功能。

2. 事件觸發(fā)機制

• 定義關(guān)鍵事件，例如電池電壓過低、溫度異常等。

• 使用STM32的中斷功能，實時響應(yīng)這些事件。

3. 充電策略控制

• 根據(jù)BMS提供的電池狀態(tài)（SoC、電壓、溫度等），動態(tài)調(diào)整充電電壓和電流。

• 實現(xiàn)涓流充電、恒流充電和恒壓充電三階段控制。

4. 狀態(tài)監(jiān)控與異常處理

• 實時監(jiān)控充電機和BMS的工作狀態(tài)。

• 記錄異常事件并觸發(fā)保護措施，例如停止充電或斷開總線。

五、性能測試與優(yōu)化

1. 性能測試

1. 通信穩(wěn)定性測試

• 在不同波特率下測試通信幀丟失率，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

2. 實時性測試

• 測試事件觸發(fā)響應(yīng)時間，驗證系統(tǒng)實時性。

3. 電磁兼容性測試

• 測試系統(tǒng)在高電磁干擾環(huán)境下的通信性能。

2. 系統(tǒng)優(yōu)化

1. 優(yōu)化CAN過濾器配置，減少無效數(shù)據(jù)的處理。

2. 使用DMA提高數(shù)據(jù)傳輸效率，減輕CPU負(fù)擔(dān)。

3. 精簡代碼邏輯，提升事件觸發(fā)響應(yīng)速度。

六、應(yīng)用場景與擴展

1. 應(yīng)用場景

本設(shè)計適用于電動車充電樁與BMS的通信場景，也可擴展應(yīng)用于：

1. 儲能系統(tǒng)的電池管理。

2. 工業(yè)自動化中的設(shè)備通信。

2. 系統(tǒng)擴展

1. 支持多協(xié)議通信：可通過擴展接口支持UART、SPI等通信方式。

2. 增加診斷功能：通過CAN總線診斷工具，實時獲取系統(tǒng)運行狀態(tài)。

3. 云端監(jiān)控：通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將數(shù)據(jù)上傳至云平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

七、結(jié)論

基于STM32F103ZET6和TJA1040的事件觸發(fā)型充電機與BMS通信方案，具有高效、穩(wěn)定、可靠的特點。通過合理的硬件設(shè)計和軟件優(yōu)化，可滿足電動車充電系統(tǒng)的通信需求，同時具備良好的擴展性和適應(yīng)性。