CN112737589B - 一种基于电动汽车obc的cp信号幅值采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，克服了现有技术无法有效提高CP信号幅值采样精度以及稳定度的问题，包括步骤1：准备对V CP 采样前，开关S断开；当CP信号是高电平时，通过电阻R对电容C进行充电，当充电时间超过时间常数τ=RC后，电容C充电完成，不再充电，之后电容C两端的电势差V C 接近CP信号的幅值V CP ；ADC采集V CP 即为CP信号的幅值；在下一个采样周期开始前，闭合开关S，电容C通过电阻R L 对外放电；放电完成，等待闭合开关S后即可开始下次采样。本发明弥补CPU负载率占用高的技术缺陷，占用相同的CPU资源的前提下，可以处理更多的采样数据，增加了数据稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车OBC充电技术领域，尤其是涉及一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法。
背景技术
CP信号属于控制导引装置中的充电确认握手信号，具备监控慢充供电设备和电动汽车车载充电设备OBC之间交互情况的功能。根据国家标准，电动汽车准备进行交流充电(慢充)前，需要依靠充电控制导引装置来完充电桩和电动汽车充电机的握手过程，在该过程中，CP信号是否正常，是决定充电机能否进入准备充电的关键因素之一。在开始充电后，需实时监测CP信号的各个参数，以确定是否可以继续维持在当前充电状态。
根据充电插头是否插入电动汽车的充电插座，以及车辆是否准备进入充电状态，CP信号主要有2种状态：直流信号和PWM信号，其幅值分别有+12V/+9V/+6V三种。
目前，CP信号幅值采样主要有两种方案：电压比较法和模数转换法。由于电压比较法无法精确计算CP信号当前的幅值，目前多采用模数转换法。为了采集到准确的CP信号幅值，需要对CP信号进行滤波，常见的滤波方法可以分为两类：模拟滤波和数字滤波。基于OBC工作环境、元器件寿命需求长等特点，使得模拟滤波电路结构复杂、抗干扰性差、阻带最小衰减易受限等缺点更加凸出，因此多采用数字滤波。
基于奈奎斯特采样定理，对CP信号的模数转换采样频率不能低于2kHz。为了提高数字滤波器的抗混叠能力以及削弱高频噪声的干扰，可以通过提高ADC采样频率来改善数字滤波器的效果。但是，高采样率受限于信号处理单元资源限制，为了兼容高ADC采样频率、数字信号处理资源有限，优化数字滤波方法极为重要。目前针对车载OBC采集CP幅值的滤波方法主要有以下3个方案。方案1是冒泡排序法，方案2是中位值平均滤波法。方案3是对经过模拟滤波后的CP信号，再经过ADC计算得到CP幅值。
方案1，冒泡排序法。该方案属于稳定的排序方法，实现简单，但时间复杂度高，为O(n2)，导致该方法仅适用于采样点较少的采样序列，同时，该方法在处理CP占空比较小的序列时，滤波后的CP信号幅值计算结果波动大，导致可能会误触发CP异常，影响OBC正常充电。
方案2，中位值平均滤波法。该方法可以有效减少异常波动引起的干扰，但是，该方法系统响应速度慢，不适用于快速变化的信号。
方案3，将CP信号经过n阶模拟滤波，提取其直流分量，通过对该直流分量进行ADC采样后，根据占空比与幅值的关系反推出CP的幅值。当CP占空比较小时，该方法计算出的CP幅值与实际CP幅值偏差大，导致无法满足国家标准对CP信号采样精度的要求。
现有的技术方案均无法有效提高CP信号幅值采样精度以及稳定度，存在缺陷。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的无法有效提高CP信号幅值采样精度以及稳定度的问题，提供一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，能够解决低占空比时幅值波动异常的问题，同时弥补CPU负载率占用高的技术缺陷，该方案不需要对ADC之后的采样数据进行排序，其方法的时间复杂度较低，达到节约CPU资源的目的。同时，在占用相同的CPU资源的前提下，本发明的方案可以处理更多的采样数据，增加了数据稳定性和准确性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，包括以下步骤：
步骤1：准备对CP信号采样前，开关S断开；
步骤2：当CP信号是高电平时，通过电阻R对电容C进行充电，当充电时间超过时间常数τ=RC后，电容C充电完成，不再充电，之后电容C两端的电势差V C 的值作为CP信号幅值的采样值V CP ；
步骤3：ADC采集V CP 即为CP信号的幅值；
步骤4：在下一个采样周期开始前，闭合开关S，电容C通过电阻R L 对外放电；
步骤5：放电完成，等待闭合开关S后即可开始下次采样。
开关S断开时，如果CP信号处于正占空比，则通过电阻R给电容C进行充电。当充电时常达到RC时间常数后，电容两端电压值VC与CP幅值相近，之后不再对电容C进行充电。在t1时刻，闭合S，通过电阻RL对电容C进行放电，电容C两端的电压逐渐下跌至0V。然后再控制断开开关S进行下一次幅值采样。
作为优选，所述步骤2包括以下步骤：
步骤21：判断当前CP信号幅值的采样值V CP 与电容C两端的电压V C 的大小；
步骤22：如果V CP 高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)=K(V CP -V C (n))+V C (n)，n为非负整数；
其中：V C (n+1)为下一次采样时电容C两端电压值； V C (n)为当前采样时电容C两端的电压值； V CP 为CP幅值的采样值；K为RC的充电系数；
步骤23：如果V CP 不高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)= V C (n)，n为非负整数。
作为优选，所述开关S断开时，如果CP信号处于正占空比，则通过电阻R给电容C进行充电；当充电时常达到RC时间常数后，电容两端电压值VC与CP幅值相近，之后不再对电容C进行充电。
作为优选，所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：ADC采样数据更新频率控制；
正常充电时，CP是幅值6V、频率1000Hz的PWM信号， ADC采样结果的更新在时长为25us的中断中执行，则2ms装载80个采样数据；每隔4ms对已装载的80个采样数据做滤波处理，连续对5组数据进行滤波后，将得出的滤波结果作为CP幅值的最终结果，即每隔20ms更新一次CP幅值。
作为优选，所述步骤31包括以下步骤：
步骤311：变量设置；定义一个长度为80的一维数组CPVoltBuff[80]，数组元素类型为无符号整型，用于存放采样后、未经过处理的CP幅值序列；定义一个长度为5的一维数组CPVoltFilterBuff[5]，用于存放连续对5组数据分别滤波后的CP幅值；定义无符号整型变量CPVoltBuffCnt，表示当前已经参与滤波计算的数据，其上限为80；定义无符号整型变量CPVoltFilterBuffCnt，表示目前已经处理的CP幅值序列数，其上限为5；定义滤波系数K，用于CP滤波深度的控制；
步骤312：对定义的变量进行初始化；除滤波系数K初始化为非0数据外，其余变量均初始化为0；
步骤313：将未经处理的CP幅值采样序列依次赋值给数组CPVoltBuff[80]，若赋值未满80个，则一直等待，直至赋值满80个；
步骤314：对待处理数据进行滤波，其滤波实现原理参考步骤21、步骤22和步骤23；
步骤315：将滤波后的数据写入数组CPVoltFilterBuff，同时对已处理的CP幅值序列数CPVoltFilterBuffCnt做向上加1计数；
步骤316：重复步骤313-步骤315，直至CPVoltFilterBuffCnt等于5时，暂停运算；
步骤317：将数组元素CPVoltFilterBuff[4]作为CP幅值最终采样结果，同时将CPVoltFilterBuffCnt清0。
作为优选，所述步骤314包括以下步骤：
步骤3141：判断CP幅值滤波后的ADC采样数据是否小于从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，如果是，则跳转至步骤3142；如果否，则跳转至步骤3144；
步骤3142：根据步骤22中描述的方法，计算CP幅值；
步骤3143：判断当前是否将缓冲区的数据全部取完；如果是，则跳转至步骤3145；如果不是，则跳转至步骤3144；
步骤3144：舍弃当前从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，并对从缓冲区取数计数器向上加1；然后跳转至步骤3141；
步骤3145：输出最终CP幅值的采样结果。
步骤314为方法的核心步骤，本方法的时间复杂度低，可以节约CPU资源，增加数据稳定性和准确性。
因此，本发明具有如下有益效果：
本发明能够解决低占空比时幅值波动异常的问题，同时弥补CPU负载率占用高的技术缺陷，该方案不需要对ADC之后的采样数据进行排序，其方法的时间复杂度较低，达到节约CPU资源的目的。同时，在占用相同的CPU资源的前提下，本发明可以处理更多的采样数据，增加了数据稳定性和准确性。
附图说明
图1是本实施例的电路原理图。
图2是本实施例的时序图。
图3是本实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
本实施例提供了一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，如图1，开关S断开时，如果CP信号处于正占空比，则通过电阻R给电容C进行充电；当充电时常达到RC时间常数后，电容两端电压值VC与CP幅值相近，之后不再对电容C进行充电；在t1时刻，闭合S，通过电阻RL对电容C进行放电，电容C两端的电压逐渐下跌至0V；然后再控制断开开关S进行下一次幅值采样。
本实施例主要包括以下步骤：
步骤1：准备对CP信号采样前，开关S断开；
步骤2：当CP信号是高电平时，通过电阻R对电容C进行充电，当充电时间超过时间常数τ=RC后，电容C充电完成，不再充电，之后电容C两端的电势差V C 的值作为CP信号幅值的采样值V CP ；
步骤3：ADC采集V CP 即为CP信号的幅值；
步骤4：在下一个采样周期开始前，闭合开关S，电容C通过电阻R L 对外放电；
步骤5：放电完成，等待闭合开关S后即可开始下次采样。
基于图2时序图所示，步骤2包括以下步骤：
步骤21：判断当前CP信号幅值的采样值V CP 与电容C两端的电压V C 的大小；
步骤22：如果V CP 高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)=K(V CP -V C (n))+V C (n)，n为非负整数；
其中：V C (n+1)为下一次采样时电容C两端电压值； V C (n)为当前采样时电容C两端的电压值； V CP 为CP幅值的采样值；K为RC的充电系数；
步骤23：如果V CP 不高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)= V C (n)，n为非负整数。
步骤3包括以下步骤：
步骤31：ADC采样数据更新频率控制；
正常充电时，CP是幅值6V、频率1000Hz的PWM信号，ADC采样结果的更新在时长为25us的中断中执行，则2ms装载80个采样数据；每隔4ms对已装载的80个采样数据做滤波处理，连续对5组数据进行滤波后，将得出的滤波结果作为CP幅值的最终结果，即每隔20ms更新一次CP幅值。
步骤31包括以下步骤：
步骤311：变量设置；定义一个长度为80的一维数组CPVoltBuff[80]，数组元素类型为无符号整型，用于存放采样后、未经过处理的CP幅值序列；定义一个长度为5的一维数组CPVoltFilterBuff[5]，用于存放连续对5组数据分别滤波后的CP幅值；定义无符号整型变量CPVoltBuffCnt，表示当前已经参与滤波计算的数据，其上限为80；定义无符号整型变量CPVoltFilterBuffCnt，表示目前已经处理的CP幅值序列数，其上限为5；定义滤波系数K，用于CP滤波深度的控制；
步骤312：对定义的变量进行初始化；除滤波系数K初始化为非0数据外，其余变量均初始化为0；
步骤313：将未经处理的CP幅值采样序列依次赋值给数组CPVoltBuff[80]，若赋值未满80个，则一直等待，直至赋值满80个；
步骤314：对待处理数据进行滤波，其滤波实现原理参考步骤21、步骤22和步骤23；
步骤315：将滤波后的数据写入数组CPVoltFilterBuff，同时对已处理的CP幅值序列数CPVoltFilterBuffCnt做向上加1计数；
步骤316：重复步骤313-步骤315，直至CPVoltFilterBuffCnt等于5时，暂停运算；
步骤317：将数组元素CPVoltFilterBuff[4]作为CP幅值最终采样结果，同时将CPVoltFilterBuffCnt清0。
如图3所示，步骤314为本方法的核心步骤，步骤314包括以下步骤：
步骤3141：判断CP幅值滤波后的ADC采样数据是否小于从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，如果是，则跳转至步骤3142；如果否，则跳转至步骤3144；
步骤3142：根据步骤22中描述的方法，计算CP幅值；
步骤3143：判断当前是否将缓冲区的数据全部取完；如果是，则跳转至步骤3145；如果不是，则跳转至步骤3144；
步骤3144：舍弃当前从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，并对从缓冲区取数计数器向上加1；然后跳转至步骤3141；
步骤3145：输出最终CP幅值的采样结果。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：准备对CP信号采样前，开关S断开；
步骤2：当CP信号是高电平时，通过电阻R对电容C进行充电，当充电时间超过时间常数τ=RC后，电容C充电完成，不再充电，之后电容C两端的电势差V C 的值作为CP信号幅值的采样值V CP ；
所述步骤2包括以下步骤：
步骤21：判断当前CP信号幅值的采样值V CP 与电容C两端的电压V C 的大小；
步骤22：如果V CP 高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)=K(V CP -V C (n))+V C (n)，n为非负整数；
其中：V C (n+1)为下一次采样时电容C两端电压值； V C (n)为当前采样时电容C两端的电压值； V CP 为CP幅值的采样值；K为RC的充电系数；
步骤23：如果V CP 不高于V C ，在开关S断开后，继续对电容C进行充电，则下一次电容C两端的电压V C 为：V C (n+1)= V C (n)，n为非负整数；
步骤3：ADC采集V CP 即为CP信号的幅值；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：ADC采样数据更新频率控制；
正常充电时，CP是幅值6V、频率1000Hz的PWM信号， ADC采样结果的更新在时长为25us的中断中执行，则2ms装载80个采样数据；每隔4ms对已装载的80个采样数据做滤波处理，连续对5组数据进行滤波后，将得出的滤波结果作为CP幅值的最终结果，即每隔20ms更新一次CP幅值；
所述步骤31包括以下步骤：
步骤311：变量设置；定义一个长度为80的一维数组CPVoltBuff[80]，数组元素类型为无符号整型，用于存放采样后、未经过处理的CP幅值序列；定义一个长度为5的一维数组CPVoltFilterBuff[5]，用于存放连续对5组数据分别滤波后的CP幅值；定义无符号整型变量CPVoltBuffCnt，表示当前已经参与滤波计算的数据，其上限为80；定义无符号整型变量CPVoltFilterBuffCnt，表示目前已经处理的CP幅值序列数，其上限为5；定义滤波系数K，用于CP滤波深度的控制；
步骤312：对定义的变量进行初始化；除滤波系数K初始化为非0数据外，其余变量均初始化为0；
步骤313：将未经处理的CP幅值采样序列依次赋值给数组CPVoltBuff[80]，若赋值未满80个，则一直等待，直至赋值满80个；
步骤314：对待处理数据进行滤波，其滤波实现原理参考步骤21、步骤22和步骤23；
所述步骤314包括以下步骤：
步骤3141：判断CP幅值滤波后的ADC采样数据是否小于从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，如果是，则跳转至步骤3142；如果否，则跳转至步骤3144；
步骤3142：根据步骤22中描述的方法，计算CP幅值；
步骤3143：判断当前是否将缓冲区的数据全部取完；如果是，则跳转至步骤3145；如果不是，则跳转至步骤3144；
步骤3144：舍弃当前从缓冲区读取的CP幅值原ADC采样数据，并对从缓冲区取数计数器向上加1；然后跳转至步骤3141；
步骤3145：输出最终CP幅值的采样结果；
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步骤317：将数组元素CPVoltFilterBuff[4]作为CP幅值最终采样结果，同时将CPVoltFilterBuffCnt清0；
步骤4：在下一个采样周期开始前，闭合开关S，电容C通过电阻R L 对外放电；
步骤5：放电完成，等待闭合开关S后即可开始下次采样。
2.根据权利要求1所述的一种基于电动汽车OBC的CP信号幅值采样方法，其特征是，所述开关S断开时，如果CP信号处于正占空比，则通过电阻R给电容C进行充电；当充电时常达到RC时间常数后，电容两端电压值VC与CP幅值相近，之后不再对电容C进行充电。
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