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2024年3月31日发(作者：)
Dianqi
Gongcheng
yu
Zidonghua
♦
电气工程与自动化
基于
STM32
的国欧标直流充电通信转换设备研究与开发
丁亚洲
（
上海蔚来汽车有限公司
,
上海
201800
）
摘要:当前全球电动汽车市场份额迅猛增长
，
各国的电动汽车直流充电协议却不尽相同
,
这就使得电动汽车在不同协议
标准的国家无法进行充电使用
。
目前国际上直流充电是以
PLC
通信和
CAN
通信为主导
，
现根据该需求
，
设计出一种基于
STM32
的国欧标直流充电通信转换设备
,
该设备一端以
PLC
通信与欧标直流充电桩通信
,
另一端以
CAN
通信与国标电动汽车通信
,
以
STM32F105为控制核心进行数据交互转换
，
通信协议转换的目的
。
关键词:
CAN
通信
；
PLC
通信
；
STM32F101
欧标充电桩
；
国标电动汽车
0
引
C
基于
STM32
主控芯片设计开发产品将是未来发展的
&通
A
/
D
转换
对
PLC
传线电压进行监控,
对于不同的电压值按照
DIN
70121
标准内要求进行处理
。
一大趋势
，
尤其是在低成本的项目其应用尤为
。
本系统采用的
PLC
控制芯片为
QCA7000
，
它可将
PLC
现欧标直流充电PLC通信芯片以高通芯片
QCA7005
/
7000
信号直转换成以与
与
相连的数字信号
,
PLC
控制
为主导
；
主控
以
,
为主
，
此
采用
SPI
方式进行连
。
其
的
，
，
另外
，
国欧标直流充电通信转换设备还具有串口通信
和
。
STM32
主控
,
充
,
出的功能
。
串口通信主要是为了实现在设备调
出主要是为了输出电平信号
，
以激活国
低
，
和
容做得也非常好
。
试程中以及正通信期间数据的输出
，
以便于在
PC
上进
行监控
。
本文将以
STM32
为主控芯片设计开发一款国欧标直
流充电通信转换设备，
使得国标电动汽车以在欧标充电
标电动汽车
BMS
进行
CAN
通信
。
2
硬件电路的整体设计
基于
STM32
的国欧标直流充电通信转换设备的硬件
桩上进行直流充电。
1
国欧标直流充电通信转换设备的总体结构
国欧标直流充电通信转换设备结构示意图如图
1
所
系统主要由如下几
信部分等
。
具体
2
FLASH
成:
PLC
信号入端块
•
、
。
QCA7000
PLC
通信模块部分
、
单片机控制器部分
、
CAN
通
示,本设备电
PLC
数据通信
A
/
D
转换
、
出
成。
欧
标
充
电
桩
隔离
变压器
PLC
控制器
QCA7000
<=>
单
片
机
CAN
收发器
<=>
CAN
总线
国
标
电
动
汽
车
图
2
设备总体硬件框图
单片机控制器是通信设备的核心
，
它主要控制着整个
系统的
入
/
出以及
PLC
数据和
CAN
数据的传
，
协调
和管理系统中各个电路功能块等
。本设计中选用
STM32F105
为
满本
图
1
国欧标直流充电通信转换设备结构示意图
控制核心
，
该处
，
能够
的各项功能需求
。
2.1
PLC
信号输入端模块的设计
工作时
,
PLC
控制芯片首先预读
F
LAS
H
中芯片所需的
系统启动信息
，
PLC
数据通
进行交互
，
国标电动汽车
国欧标直流充电通信转换设备
PLC
信号是耦合在一最
高电压为
DC12
V
的
CP
线上
,
PLC
信号经一个
1:1:1
的
与
PLC
控制
PLC
数据转换
与
通
CAN
与
PLC
控制
与
PLC控制
进行数据交
"T
。
此通信物层
进行数据交
,与
同
,
电路图如图
3
所示
。
2.2
QCA7000
PLC
通信模块的设计
在本设计中
，
QCA7000
PLC
通信模块起到服务端与客
充电协议
ISO
1939
进行交互
。
PLC
数据
内进行数据信息处和转换
，
以
程
，
单
与
CAN
数据在
国欧标直流充电通信转换的目的。
另外
，
在
户端联通信的用
，
同与本地主控
进行信交
机电信息
2021
年第
18
期总第
660
期
1
电气工程与自动化
！
Di
)
*qi
Gongcheng
yu
Zidonghua
互
。
在硬件设计中，
需要注意以下几点
：
(3
)
DC1.2
V
电压检测引脚
VREG_SWREG_FB
需要连
接在电感
L2
后
，
否则易引起
QCA7000
初始化失败问题
。
QCA700
0
采用
SPI
通信方式与主控
STM3
2F105
进行连
接,另外扩
2M
FLASH以储存
QCA7000
初始化所需的
PIB
和
(1
)
电压
DC1.2
V
是由
QCA7000
芯片内核产生的
,
非外
部供电
；
(2
)
引脚
GPIO_0
、
GPIO_1
、
GPIO_2
必须引出且受控
，
因
为这些引脚在芯片启动过程中起到关键作用
；
+3.3
V
FW
文件信息
!3
"
。
此通信
电
4
所
。
^1N5819
1N5819
+3.3
V
RXINN
L8
820
nH
R13
332R
d=C26
L10
820
nH
C31
C33
C36
R14
T-ll-
750
pF
=^C30
HH
HH
750
pF
24.9R
：
12"H
丰
C28
47
pF
Lil
护
12
nH
,
C34
+
rh
GND
PE
27
pF
RX
INP
L9
30
pF
C32
MH
750
pF
24JR
820
nH
820
nH
750
pF
390
pF
图
3
PLC
信号输入端电路
8
IO
§
C
C
l
H
H
v
d
d
o
l°l
V
o
V
l^l
Q
Q
E
E
a
a
q
V
H
忖
r
1-3.
l-l
l-;
一
2V
Is
呵
ZOIdH
V
O
r
c
u
n
aH
I
H
s
o
s
o
ul
lsl
。
H
S
V
H
HSVTi
HSV
I
0
9
Z9
0
9
0
9
S
9
1
FLASH_MISO
+3
・
3
QCA
NRST
SWDVDDIN
SW^DVDDJN
SWJVDD_OUT
SWVDD_OUT
VR1G_SWREG_FB
VDD
_
DVDD
SERIAL_IO[4]
SERIAL_IO[31
SERIAL
IO
[2]
VDD
PLL
BYPASS
i
+3.3
V
qca
_
spi
Z
miso
qca
SFT
ncs
SPIMOSI
QCA_SM_CLK
+1.2
V
qca
[
si
Q
ot
~
TXZOUT^
Rk~INP
TX_OUTP
U1
FLASH_CS
1
cs
FLASH
MISO
2
DO
(101)
WP
(IO2)
GND
+3.3
V
__
VCC
HOLD
(IO3)
CLK
DI
(IO0)
FLASH_CLK
FLASH
MOSI
7
W25Q16JVSSIG
图
4
PLC
通信模块电路
2
机电信息
2021
年第
18
期总第
660
期
Dianqi
Gongcheng
yu
Zidonghua
♦
电气工程与自动化
2.3
CAN
总线模块的设计
此设备的CAN
总线作用是应用
ISO
1939
通信协议与国
标电动汽车进行直流充电通信
，
CAN
控制器应用的是单片
机内嵌的控制器
,
CAN
收发器选用的是
TJA1050
,
共模滤波
信的
BCL
、
BCS
、
BS
M
报文
，
这是为了满足在电动汽车直流
电器吸合的条件
进入预充电阶段
。
是在
PLC
的实时
通信电流需量阶段
，
一要
3.2
单片机主系统控制程序
CAN
通信BCL
,
收发
，
直到收到
CAN
报文
BST
。
器选用的是
TDK
-
ZJY
-
2P01
[4!5]
。
CAN
总线物理层电路图如
图5
所示
。
本控制系统以
STM32F105
为主控芯片
，
固件开发环境
采用的是
Keil
编辑器
，
采用的底层库为标准库函数
"
6
#
。
在本系统中
，
固件主要主程序设
、
PLC
通信程序设
3
系统软件设计
在本设备控制系统中
，软件包括
PLC
通信协议与
CAN
通信协议的转换
、
单片机主系统控制程序
。
3.1
PLC
通信协议与
CAN
通信协议的转换
计
、
CAN
总线通信程序设
、
内
AD
程序设计
、
程序设计
、
模
程序设
。
系统动
，
程序从
main
本转换设备在通信中主要是针对
PLC
协议
(
DIN
70121)
与
CAN
协议
(ISO
1939
)
的转换
。
在协议转换过程中
，
采用以
PLC
通信协议为主
、
CAN
通信协议为辅的控制策
略
，
具体协议转换交互如图
6
所示
。
在两套协议交互过程
开始
行
，
为
系统
行
，
要进行
件
软件的初始
，
包括单片机
CAN
控制器始化
、
PLC
控制器
、
然后进入主程序
，
、
件
器配置等
。
、
，
判断是
取
PLC
收
过此步骤)
，
中
，
CAN
通信开始于
PLC
的
SDP阶段
，
另外一个
是
PLC
通信的充电参数与发阶段
的
的
否有数据
，
如果有数据
，
则按照
DIN
70121
通信协议进行
PLC
(
取
CAN
接收
由
CAN通信的
BCP
，
此阶段的
一
要获取到
。
此
外
，
在
PLC
通信的预充电阶段前要判断出是否收到
CAN
通
GND
C43
I
缓存区内是否有新数据
，
有则按照
ISO
1939
协议在定时器
内进行回复(没有则跳过此步骤)
，
与此同时再次判断
PLC
CAN1TX
-
2
GND
~II
T
CAN1RX
j
GND
CANH
Vcc
CANL
R
Ref
01
pF
+5
v
TJA1050
CANH
1
CANL
2
图
5
CAN
总线模块电路
PLC
(DIN
70121)
|
电源开
■
CAN
(ISO
1939)
初始化
PLC
模块
耦合器连接
「
SLAC
SDP
[GBT
CRNj
支持应用程序协议&结果
会话建立&结果
收至
U
brm
；
GBTBRM
服务发现&结果
服务支付选择&结果
合同授权&结果
充电参数发现&结果
N
1N
■
GBT
CTS
；
GBT
CML
；
GBT
BCP
收到
ECP
Y
；
GBT
BRO
收到
BRO
线缆检测&结果
；
GBT
CRO
:
；
GBTBCL&
BCS&BSM
收至
OBCL&BCS&BSM
图
6
PLC
通信与
CAN
通信转换流程图
机电信息
2021
年第
18
期总第
660
期
3
］
电气工程与自动化
♦
Dianqi
Gongcheng
yu
Zidonghua
接收缓存区是否有新数据
，
按此方式进行循环判断
。
在此
过程中
，接收到的
PLC
数据与
CAN发送数据和接收到的
CAN
数据与PLC
发送的数据是传参的
。
具体的软件流程图
如图
7
所示
。
图
7
主程序流程图
在
PLC
数据与
CAN
数据接收
、
发送过程中
，
可以按照
需求以串口输出的方式在
PC
上查看数据
，
便于调试及故障
查找
。
4
系统测试
按照开发先后顺序
，
系统测试包括模拟测试和现场测
试两个部分
。
4.1
模拟测试
在开发中
，
模拟测试台架测试原理如图
8
所示
。
在此模
拟系统中
，
国标电动汽车部分采用
P_CAN
进行通信模拟
，
在欧标电动汽车部分
，
的
SECC
标电
模拟器
。
欧标电动汽车
CAN
通信
1
1
PLC
通信
欧标充电桩
通信模拟
转换设备
模拟器
(PCAN)
(SECC)
图
8
模拟测试台架原理
模拟测试结果如图
9
所示
。
图中左边是
PLC
模拟器串口
输出的实时通信数据
，
右边是
P_CAN
模拟发送和接收到的
数据
。
图
9
模拟测试台架测试结果
4.2
现场测试
在现场测试中
，
国标电动汽车
的是蔚来汽车
ES8
,
4
机电信息
2021
年第
18
期总第
660
期
欧标充电桩选用的是
EXP
的一款充电桩
。
现场测试结果如
图10
所示
。
图
10
现场测试结果
5
结语
本文主要完成了基于
STM32
的国欧标直流充电通信
的
与开发
，
包括其硬件
和软件系统
。
此
与标
是以
PLC
方式进行接
，
按照
DIN
70121
进行
此
与国标
汽车是以
CAN
总
线的方式进行连接
，
按照
ISO
1939
协议进行通信
；
PLC
通信
数据与
CAN
数据在主控STM32F105
中进行传参
，
到国欧标直流
的目的
。
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参考文献
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收稿日期
：
2021
-
04
-
07
作者简介
：
丁亚洲
(
1981
—
)
，
男
，
吉林九台人
，
在职硕士研
，
程
，
方
。
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