原標題：基于事件觸發的充電機與BMS通信設計方案

基于STM32F103ZET6+TJA1040實現事件觸發的充電機與BMS通信設計方案

一、方案概述

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

二、設計系統框架

1. 系統硬件框架

系統的主要硬件模塊包括：

1. 主控芯片：STM32F103ZET6

2. CAN收發器：TJA1040

3. 供電模塊：DC-DC電源轉換器

4. 通信接口：CAN總線

5. 其他外設：包括晶振電路、濾波電路、保護電路等

2. 系統軟件框架

系統軟件包括以下功能模塊：

1. CAN通信驅動：負責數據收發。

2. 事件觸發機制：用于檢測和處理特定事件。

3. 數據解析模塊：解析BMS發送的數據幀。

4. 控制算法：根據BMS數據調整充電策略。

5. 狀態監控模塊：實時監控充電狀態。

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內核的32位微控制器，主頻高達72 MHz，具有豐富的外設接口和較大的存儲空間。

在本設計中的作用：

1. 實現CAN通信協議棧，接收和發送BMS數據。

2. 執行事件觸發邏輯。

3. 實時處理BMS數據，調整充電參數。

4. 提供系統控制邏輯，包括狀態監控和異常處理。

關鍵參數：

• 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：12位ADC、定時器等

2. TJA1040

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

在本設計中的作用：

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

2. 接收來自CAN總線的信號，并將其轉換為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。

關鍵參數：

• 數據速率：最高1 Mbps

• 供電電壓：4.5V – 5.5V

• 靜電防護：符合ISO 11898標準

3. 電源模塊

系統使用DC-DC降壓模塊，將24V輸入電壓轉換為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定性，避免噪聲干擾通信。

四、系統設計細節

1. 硬件設計

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. 軟件設計

1. CAN通信協議棧

• 初始化CAN接口，設置波特率為500 kbps。

• 配置過濾器，僅接收指定ID的數據幀。

• 實現數據幀的打包和解析功能。

2. 事件觸發機制

• 定義關鍵事件，例如電池電壓過低、溫度異常等。

• 使用STM32的中斷功能，實時響應這些事件。

3. 充電策略控制

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

• 實現涓流充電、恒流充電和恒壓充電三階段控制。

4. 狀態監控與異常處理

• 實時監控充電機和BMS的工作狀態。

• 記錄異常事件并觸發保護措施，例如停止充電或斷開總線。

五、性能測試與優化

1. 性能測試

1. 通信穩定性測試

• 在不同波特率下測試通信幀丟失率，確保數據傳輸穩定。

2. 實時性測試

• 測試事件觸發響應時間，驗證系統實時性。

3. 電磁兼容性測試

• 測試系統在高電磁干擾環境下的通信性能。

2. 系統優化

1. 優化CAN過濾器配置，減少無效數據的處理。

2. 使用DMA提高數據傳輸效率，減輕CPU負擔。

3. 精簡代碼邏輯，提升事件觸發響應速度。

六、應用場景與擴展

1. 應用場景

本設計適用于電動車充電樁與BMS的通信場景，也可擴展應用于：

1. 儲能系統的電池管理。

2. 工業自動化中的設備通信。

2. 系統擴展

1. 支持多協議通信：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，實時獲取系統運行狀態。

3. 云端監控：通過網關設備，將數據上傳至云平臺，實現遠程監控和管理。

七、結論

基于STM32F103ZET6和TJA1040的事件觸發型充電機與BMS通信方案，具有高效、穩定、可靠的特點。通過合理的硬件設計和軟件優化，可滿足電動車充電系統的通信需求，同時具備良好的擴展性和適應性。