燃料电池发动机监控系统概述以及其功能模块设计

1  引言

车用燃料电池具有效率高、启动快、环保性好、响应速度快等优点，是取代汽车内燃机的理想解决方案。燃料电池汽车的最大优点是清洁、无污染，在全球环境保护问题日益突出的今天，燃料电池汽车作为环保型汽车越来越受到人们的重视。为提高燃料电池发动机系统的可靠性，需要对发动机的各系统状态进行实时监控，记录试验数据，分析其运行特性，为发动机控制策略的不断改进提供依据，同时对整车性能进行评估。因此，燃料电池发动机监控系统的开发具有很重要的现实意义。
           

2  系统概述

2.1 系统结构简介
                   
    本系统由软件和硬件两部分组成，如图1所示。它以高性能的dsp为核心，开发出控制燃料电池发动机的嵌入式控制器。不仅能完成对燃料电池发动机的控制，并对整车较为严重的电磁干扰做了相应的处理，增强了控制系统的抗干扰性和稳定性；与其配套的上位机监控软件是一个拥有良好人机界面的试验数据监控和记录中心。系统中dsp的任务主要是完成数据的采集与处理，算法的实现与驱动，并通过串口与上位机通信，将采集到的数据传送给上位机，并接收上位机发来的控制命令。而系统的上位机对燃料电池发动机工作状态实现实时监控，完成数据的转换、存储及查询功能。上位机软件是在windows2000/xp操作系统下利用vc++ 6.0开发完成的，由于篇幅所限，本文重点介绍上位机监控软件的设计与实现。

图1  燃料电池发动机控制器结构图
           
2.2 监控软件的总体设计
                   
    本系统需要监控一系列的参数，记录历史数据及显示实时曲线图，并实时地显示报警事件，提供诊断信息，使监控人员可以及时了解异常情况，查询故障内容。控制器的主要控制对象有氢气供给、空气供给、冷却水循环、电堆功率等，监控软件对其中关键参数进行实时显示、报警显示及数据存储等。根据系统分析确定的目标和功能，采用模块化设计方法，进行了系统的界面结构设计。本系统由多个模块组成，每一个模块完成一项独立的功能，模块与模块之间通过数据相关联。其关系如图2所示。

图2  监控系统结构图

3  主要功能模块设计

3.1 信息显示模块
                   
完成对系统主要设备运行状态的实时监控，包括用不同的颜色来表示设备的启、停状态，用编辑框实时显示主要的运行参数，如电压、电流、压力、温度等，并设置报警信号。
           
同时，由于控件较多，各部分功能不同，引入属性页使不同用途控件分页表示，达到屏幕美观且操作方便的效果。燃料电池车载监控系统的主控画面如图3所示。

图3  燃料电池车载监控系统主界面          
           
3.2 串行通信模块
                   
    完成数据通信并对所收到的数据进行处理、分析、存盘。把接收到的数据进行范围转换后存放到事先定义好的结构体内，并检查每个参数值是否超限，若超限则置报警标志并报警；该软件正常使用时处于长期连续运行状态，通过串口接收数据的工作一直进行。
                   
(1)通信协议。在串行通信中，为了实现特定的用户功能，必须在软件中制定通信协议。在开发燃料电池串行数据通信程序的过程中，通过长期的调试和不断的总结，最终得到一套完整而可靠的通信协议。该协议一共分为3层，分别为物理层和数据链接层。