1、东营变频器维修 http:/ http:/ 引 言电动车一直以清洁环保而备受关注，加上能源危机加剧、油价不断上涨，电动车也越来越受到用户的青睐。电动车一般采用锂电池供电，由多个单体电池串联成电池组作为动力电源。但由于各个串联单体电池特性不能保证完全一致，因此相同的电流下充电放电速度也会不同，如果不进行均衡干预，电池寿命会大大缩短，因此需要实时监控各个单体电池的状态、总电压、总电流，根据状态适时进行电池充放电均衡，并且充放电均衡时，均衡状态也要实时进行检测，所以就有了电动车电池能量管理系统(EMS)。实践证明EMS 可以有效延长电动车电池使用寿命，是电动车中十分重要的管理系统。EMS 主要包括：
2、信息采集模块、充放电均衡模块、信息集中处理模块以及显示模块。图 1 为自主研发的电动车电池能量管理系统(EMS)的结构图，其中信息采集模块主要完成实时采集电池组以及单体电池的电压、温度、电流等状态，对电池进行实时监控的同时也为均衡模块的开启与关闭提供依据。均衡模块主要完成对电池特性差异进行补偿，根据采集模块采集来的信息判断电池状态，对单节电池进行充放电均衡，来实现状态特性一致。信息集中处理模块负责将采集得到的数据进行处理、分析、计算(如 SOC 等)，并监控均衡模块的工作，对其进行控制，同时与显示模块通信，在整个系统中起着承上启下的作用。显示模块作为唯一的人机交互接口，不仅承担着将所有数据、以
3、及设备状态实时地显示给用户，让用户能够直观地看到电池状态和 EMS 工作效果，而且还为用户与 EMS 的控制交流提供接口，可以让用户设置参数，更改EMS 工作状态，达到实时监管和控制的目的。如果没有显示模块人们就无法看到电池和 EMS 的信息，EMS的报警或提示信息无法通知到客户，一些报警状态得不到及时处理轻则造成电池损坏，重则会导致电动车工作失控，酿成严重事故。同样客户也无法根据情况来调整和控制 EMS,也不能完全发挥 EMS 的作用。可见显示模块的人机交互功能是 EMS 中不可或缺的组成部分，从显示模块所需的功能看触摸屏是不错的选择。但如果购买市面上的触摸屏，不仅显示内容会受触摸屏本身显示
4、功能固定的限制而降低显示设计的灵活度、影响显示质量，并且市面上触摸屏的价格也普遍较高，给产品增加了很大一部分成本，这无疑会大大降低产品的市场竞争力。基于这种情况本文提出一种以 STM32F103 单片机为控制核心的比较通用的液晶触摸屏的设计方案。图 1 EMS 结构框图1 触摸屏的种类及工作原理东营变频器维修 http:/ http:/ 2 所示，给触摸屏的 X+加正电压 V,X-接地时，在 X+,X-方向上会形成均匀的电压梯度，当屏幕有触摸时，可以通过读取 Y+的电压，经过 A/D 转换后计算求得触摸点 X 坐标。同理，在 Y+,Y-方向上加电压，可以通过 X+上的值计算出触摸点 Y 坐标。
5、计算坐标的公式如下：式中，W 为触摸屏的宽度;H 为触摸屏的高度。本方案采用的是四线电阻式触摸屏并且不使用专用的触摸屏控制器，直接由 STM32F103 控制以降低成本，如图 2 所示。图 2 四线电阻触摸屏示意图2 方案用到的主要器件介绍2.1 STM32F103 介绍方案中主控器件 STM32F103 单片机使用的是 ARM 公司为要求性能高、成本低、功耗低的嵌入式应用专门设计的 32 位的 ARMCortex-M3 内核。东营变频器维修 http:/ http:/ 128KB 的嵌入式闪存、20kB 的 SRAM 和十分丰富的外设：两个 1s 的 12 位 ADC,一个全速USB(OTG
6、)接口，一个 CAN 接口，三个 4 M/S 的 UART,两个 18 M/S 的 SPI,两个 I2 C 等。内部还集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的 RC 振荡器等，大大方便了用户的开发。该系列单片机不仅功能强大而且功耗相当低，在 72 MHz 时消耗 36 mA(所有外设处于工作状态)，相当于 0.5 mA/MHz,待机时下降到2A ,是 32 位市场上功耗最低的产品。综上 STM32F103 系列单片机的性能完全可以满足液晶触摸显示屏的所有控制需要，内置 A/D 可以用于触摸屏控制，丰富的 I/O 接口可以用于与 TFT 液晶屏模块的通信，并且其本身自带 CAN 控制器可以作为
7、与外界通信接口，用 STM32F103 做主控制器可以减少使用器件从而简化使整体电路，很好地达到降低 EMS 成本的目标。2.2 TFT 液晶屏模块本方案选用的是 3.5 寸的 TFT 液晶屏模块，工作电压 3.3 V,最大工作电流 70 mA.支持 320240 分辨率，内置 230K 内存显示可到 256K 色，可显示文字和图形，采用 LED 背光设计，使用软件即可对背光亮度进行调节，内置简体中文字库，支持 2D 的 BTE 引擎，同时建几何图形加速引擎，可以对显示对象进行复杂的操作如画面旋转功能、卷动功能、图形 Pattern、双层混合显示和文字放大等等。这些功能将可节省用户在 TFT
8、屏应用的开发时间，提升 MCU 软件的执行效率并且使画面更加绚丽，显示功能更加丰富，使显示屏显示能力大大增强。提供 8 位或 16 位总线接口，方便与 MCU 的连线，适应性强，连接设计灵活。3 硬件连接设计方案3.1 总体构架液晶触摸显示屏系统主要由微控制器 STM32F103F103、TFT 液晶屏模块、四线电阻触摸屏以及与外界通信的 CAN 总线接口组成。硬件模块连接如图 3 所示，其中四线电阻触摸屏的触摸检测装置安装在 TFT 液晶屏前面用于检测用户触摸的位置，本方案利用 STM32F103 自带 A/D 转换功能，由 STM32F103 实现触摸屏控制器的功能来直接控制四线电阻触摸屏
9、，检测触摸信息并计算出触点坐标。然后 STM32F103 通过 I/O接口与 TFT 液晶屏模块通信，将处理好的有效信息通过 TFT 液晶屏显示出来。由于 STM32F103 内置 CAN 总线控制器所以 CAN 总线接口可以直接从 STM32F103 的管脚引出，用来与 EMS 进行通信，完成现实信息采集，设置参数等功能。东营变频器维修 http:/ http:/ 3 方案总体框图 3.2 STM32F103F103 与四线电阻触摸屏的接口电路如图 4 所示，STM32F103F103 与四线电阻触摸屏直接通过自身的 I/O 口连接，实现触摸屏控制器功能。其中 PA8、PA9、PA10、PA
10、11 分别作为四个三极管的控制端，通过控制三极管通断，来控制四线触摸屏的Y+、Y-、X+、X-.PA1,PA2 是两个 A/D 转换通道，分别连接 Y+和 X+用于计算触摸点的 X 和 Y 坐标。PA3 连接内部中断用于检测触摸屏是否有触摸动作。触摸屏平时运行时，令 PA8、PA9、PA11 输出 0,PA10=1,即只让 VT2 导通。当有触摸动作时，D1 导通给 PA3 一个中断信号，STM32F103 接收到中断请求后立即置PA8=1,导通 VT1,这样在 Y+、Y-方向上就加上电压，同时启动 A/D 转换通道 PA2,通过输入 X+上电压计算出触摸点的 Y 坐标，然后同理令 PA8、P
11、A10 为 0,PA9、PA11 为 1,启动 A/D 转换通道 PA1,通过输入 Y+上电压计算出触摸点 X 的坐标。图 4 STM32F103 与四线电阻触摸屏接口电路3.3 STM32F103F103 与 TFT 液晶屏模块控制器的接口电路如图 5 所示，STM32F103F103 通过 I/O 接口与 TFT 液晶模块相连接，虽然很多的 TFT 液晶模块中内置的液晶屏控制器都支持 SPI 接口通信(如 ILI9325)但由于 SPI 传输速度较慢不利于液晶数据的快速传输，因此很多液晶模块都选择采用并口通信。其中 PB0-PB15 分别与 D0-D15 相连作为数据通信口，PA0、PA4
12、、PA5、PA6、PA7 分别连接RESET、CS、RS、WR、RD,作为控制口，实现复位、片选、指令数据切换、读写等控制功能。东营变频器维修 http:/ http:/ 5 STM32F103F103 与 TFT 液晶模块接口电路4 软件设计软件部分的编程采用 C 语言，一方面主要完成 STM32F103 对 I/O 管脚的配置，用来实现对四线电阻触摸屏端子状态的控制，通过中断方式检测是否有触摸信息，配置 A/D 转换通道，读入电压根据公式计算出触点坐标。另一方面主要完成通过与 TFT 液晶模块的通信控制，实现触摸点坐标与液晶屏坐标的对应并有效完成显示任务。软件的开发环境是 MDK,MDK
13、将 ARM 开发工具 RealView DevelopmentSuite(简称为RVDS)的编译器 RVCT 与 Keil 的工程管理、调试仿真工具集成在一起，支持 ARM7、ARM9 和最新的 Cortex-M3 核处理器，自动配置启动代码，集成 Flash 烧写模块，强大的 Simulation 设备模拟，性能分析等功能，与 ARM 之前的工具包 ADS 等相比，RealView 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%.具体流程如图 6 所示。东营变频器维修 http:/ http:/ 6 程序流程图5 结束语本文提出了基于 STM32F103F103 单片机的 EMS 液晶显示触摸屏的设计方案。STM32F103F103 的高速、低耗的优越性能完全可以达到触摸屏的主控制芯片要求，TFT 液晶显示器可以满足更复杂、多彩、灵活的显示任务，符合显示屏性能不断攀升的发展趋势。本设计充分利用了 STM32F103 芯片的优势，抛弃了传统触摸屏控制器控制触摸屏的方案，利用自身 A/D 完成了触摸屏功能，本方案大大简化了硬件电路结构，通信更可靠，编程也更加简洁，最终既能达到 EMS 显示要求，出色地显示和设置了系统所需要的数据，又能降低系统的成本，通过实际使用达到了良好的效果。鉴于当前电动车的快速发展，本方案可以拥有不错的应用前景。
