CN115039560A - 一种基于can总线的电动割草机电气控制*** - Google Patents
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Abstract
一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***，本发明基于CAN总线技术设计，电气控制***中能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块和传感器模块通过CAN模块及其接口完成信号的采集、接收、解析、处理和传输，提高了电动割草机集成度和信息处理效率，且通过CAN总线的拓扑结构，拓展了整机的智能边界，为割草机的信息化和精准化控制提供了开发平台，本发明具有开发周期短、开发成本低、整机开发平台化、模块化、信息化、智能化程度高的优势，解决了现存割草机信息化智能化程度低的问题，提供了割草机衍生品开发的电气控制方法和技术平台等，适合大范围的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种零半径转向纯电动骑乘式割草机电气控制***，尤其涉及一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***。
背景技术
已知的，割草机作为一种园林工具被广泛应用于草坪、植被的修剪等领域，现有的割草机通常包括手持式割草机和骑乘式割草机，按照能源***主要分为电动式割草机和燃油式割草机，但现有的割草机其割草能力、割草效率、续航时间、割草面积、脱机应用场景等存在劣势，整体电气化智能化程度较低。伴随整机内电子器件的大量运用，以及随着整机未来更加多功能化、智能化、无人化的技术需求，使整机各个控制单元需要采集、分析、处理和交互反馈大量的信息，目前市面现有产品技术无法满足整机大量信息的交互，无法满足未来智能化需求等，因此如何提供一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***，本发明中各个控制模块进行地址分配后，通过CAN总线的方式完成信号采集、接收、解析后的处理和传输，本发明有效的解决了现存割草机智能化信息化程度低的问题等。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***，包括能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块、传感器模块、高速CAN总线和低速CAN总线，所述能源控制模块通过高速CAN总线分别连接传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块，实现能源控制模块与传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块的通讯，能源控制模块中的主控和从控通过低速CAN总线连通，实现主控和从控的通讯，整机基于既定的控制策略，完成整机的电气控制；
其中能源控制模块提供最终的驱动能量和存储整机的回馈能量；
仪表显示模块显示整机的***运行状态和故障关键信息，并进行报警处理；
行走控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、整机行走电机的驱动控制；
割草控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、割草电机的驱动控制；
传感器模块以硬线信号、开关信号、电压信号和脉冲信号的方式采集信号，并通过CAN总线方式进行状态交互；
能源控制模块与仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块和传感器模块之间采用逻辑阈值控制的方式，对电机信号、安全开关信号、电池信号、制动信号、操纵装置信号的处理，通过CAN协议包对信号进行封装、传输、解析和表达，实现对割草机的行走状态、割草状态的识别和故障诊断报警的控制。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述能源控制模块包括电池状态监测、电池状态分析、开关控制、能量管理、电池安全保护、CAN通信管理和充电管理的功能，能源控制模块通过对电池单体电压监测、电池总电压监测、充放电电流监测、电池温度监测和信号监测，进行电池状态分析，根据控制策略的要求，进行开关控制，完成电池充、放电控制管理，在充放电过程中，实时进行电池的故障诊断及处理；
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述电池状态监测功能包括电池单体电压监测、总电压监测、电流监测、温度监测和信号监测；所述电池状态分析功能包括电池SOC估算、电池SOH估算和电池SOP估算，所述SOC为电池的当前剩余电量值，SOH为电池当前健康状态值，SOP为电池的功率估算；所述开关控制功能包括充放电继电器或MOS管、加热继电器的控制；所述能量管理功能包括电池充、放电控制管理和均衡功能；所述电池安全保护功能包括电池故障诊断及处理和回路互锁功能检测；所述CAN通信管理功能包括整机CAN通信、诊断、标定及程序更新；所述充电管理功能包括电池与充电机的通信和过程监控。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述仪表显示模块包括CAN通信管理、中央信息处理、故障报警和信息显示的功能，仪表显示模块进行车辆关键信息的解析和显示，首先通过高速CAN通信管理功能采集解析CAN总线信息，根据CAN协议规定，对有效信息进行解析放大后传达至中央信息处理，中央信息分析后驱动仪表显示屏显示累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态信息，同时根据逻辑判定，实时驱动语音报警。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述的CAN通信管理功能为采集CAN总线信息，解析放大后传达至中央信息处理；中央信息处理功能用于解析信号、驱动仪表显示屏和语音报警；信息显示为显示屏模块，显示CAN总线解析信息，显示信息包括累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述行走控制模块包括左行走控制子模块和右行走控制子模块，两个行走控制子模块分别控制两个电机的行驶，实现整机的行走及差速转向。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述每个行走控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换功能包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括电机霍尔位置传感器、座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关等信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互功能，用于行走控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述割草控制模块包括左割草控制子模块和右割草控制子模块，两个割草控制子模块分别控制两个割草电机的驱动，实现整机机具输出功能。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述每个割草控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关的信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互的功能，用于电机控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，所述传感器模块包括座椅状态传感器、电机霍尔传感器、制动状态传感器、行驶角度传感器、霍尔传感器、手柄使能传感器、充电状态传感器、行走高低速状态控制开关及复数个使能开关，所述座椅状态传感器用于检测座椅是否有驾驶人员，制动状态传感器用于检测整机是否处于制动停车状态，充电状态传感器用于检测车辆是否正在充电，手柄使能传感器用于检测手柄操纵有效，作为安全装置，上述信号提供安全判定的条件，供行走控制器、割草控制器判定整机是否可运行；电机霍尔传感器用于监测左右行走电机转速，操纵手柄角度传感器将操纵手柄的机械行程转换为电角度，供行走电机控制器控制车速；行走高低速状态控制开关、割草高低速状态控制开关、灯光开关用于提供车辆状态判定输入指令信号，上述信号最终通过高速CAN总线的方式与其他控制模块进行通讯。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明基于CAN总线技术设计，电气控制***中能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块和传感器模块通过CAN模块及其接口完成信号的采集、接收、解析、处理和传输，提高了电动割草机集成度和信息处理效率，且通过CAN总线的拓扑结构，拓展了整机的智能边界，为割草机的信息化和精准化控制提供了开发平台，本发明具有开发周期短、开发成本低、整机开发平台化、模块化、信息化、智能化程度高的优势，解决了现存割草机信息化智能化程度低的问题，提供了割草机衍生品开发的电气控制方法和技术平台等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1为本发明中总线拓扑结构图；
图2为本发明中整机控制策略图；
图3为本发明中整机电气架构图；
图4为本发明中整机电气分布图；
图5为本发明中信息流传递框图；
图6为本发明中能源控制模块的拓扑和功能架构图；
图7为本发明中仪表显示模块的功能架构图；
图8为本发明中仪表界面分配图；
图9为本发明中行走控制模块的功能架构图；
图10为本发明中割草控制模块的功能架构图；
图11为本发明中传感器模块的功能架构图。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1～11所述的一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***，包括能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块、传感器模块、高速CAN总线和低速CAN总线，所述能源控制模块通过高速CAN总线分别连接传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块，实现能源控制模块与传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块的通讯，能源控制模块中的主控和从控通过低速CAN总线连通，实现主控和从控的通讯，整机基于既定的控制策略，完成整机的电气控制；实施时，通过高速CAN总线实现能源控制模块、传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块的通讯，通过低速CAN总线实现能源控制模块中的主控和从控的通讯；需要说明的是，能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块、传感器模块所涉及的具体硬件均可根据所述功能定义及控制要求选型采购，因此在此不对其具体结构做累述；
其中能源控制模块提供最终的驱动能量和存储整机的回馈能量；
仪表显示模块显示整机的***运行状态和故障关键信息，并进行报警处理；
行走控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、整机行走电机的驱动控制；
割草控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、割草电机的驱动控制；
传感器模块以硬线信号、开关信号、电压信号和脉冲信号的方式采集信号，并通过CAN总线方式进行状态交互；
能源控制模块与仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块和传感器模块之间采用逻辑阈值控制的方式，对电机信号、安全开关信号、电池信号、制动信号、操纵装置信号的处理，通过CAN协议包对信号进行封装、传输、解析和表达，实现对割草机的行走状态、割草状态的识别和故障诊断报警的控制。
所述能源控制模块包括电池状态监测、电池状态分析、开关控制、能量管理、电池安全保护、CAN通信管理和充电管理的功能，能源控制模块通过对电池单体电压监测、电池总电压监测、充放电电流监测、电池温度监测和信号监测，进行电池状态分析，根据控制策略的要求，进行开关控制，完成电池充、放电控制管理，在充放电过程中，实时进行电池的故障诊断及处理；所述电池状态监测功能包括电池单体电压监测、总电压监测、电流监测、温度监测和信号监测；所述电池状态分析功能包括电池SOC估算、电池SOH估算和电池SOP估算，所述SOC为电池的当前剩余电量值，SOH为电池当前健康状态值，SOP为电池的功率估算；所述开关控制功能包括充放电继电器或MOS管、加热继电器的控制；所述能量管理功能包括电池充、放电控制管理和均衡功能；所述电池安全保护功能包括电池故障诊断及处理和回路互锁功能检测；所述CAN通信管理功能包括整机CAN通信、诊断、标定及程序更新；所述充电管理功能包括电池与充电机的通信和过程监控。
所述仪表显示模块包括CAN通信管理、中央信息处理、故障报警和信息显示的功能，仪表显示模块进行车辆关键信息的解析和显示，首先通过高速CAN通信管理功能采集解析CAN总线信息，根据CAN协议规定，对有效信息进行解析放大后传达至中央信息处理，中央信息分析后驱动仪表显示屏显示累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态信息，同时根据逻辑判定，实时驱动语音报警。所述的CAN通信管理功能为采集CAN总线信息，解析放大后传达至中央信息处理；中央信息处理功能用于解析信号、驱动仪表显示屏和语音报警；信息显示为显示屏模块，显示CAN总线解析信息，显示信息包括累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态。
所述行走控制模块包括左行走控制子模块和右行走控制子模块，两个行走控制子模块分别控制两个电机的行驶，实现整机的行走及差速转向。所述每个行走控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换功能包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括电机霍尔位置传感器、座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关等信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互功能，用于行走控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
实施时，行走控制主要通过左、右两个行走电机控制器及行走电机实现，具体为控制器通过内部电源转换模块将电池包高压直流电源转换为控制模块内部使用的低压直流电源，并向外部输出传感器所使用的稳定可靠的低压直流稳压电源；同时采集电动机霍尔位置传感器、座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关传感器等一系列信号，并转换为主控制芯片可用的信号，信号经过内部电路的信号处理，依据设定的策略（具体如图2所示），结合高速CAN总线获取的使能信息，进行驱动行驶的判定，若出现故障或者安全条件不满足，则通过高速CAN总线上报故障，停止驱动，若无故障满足驱动要求，则通过H桥进行电机换相控制并提供速度环和电流环进行闭环控制，驱动左右电动机；而整机的转向则通过控制器控制左右两个电机的速度，实现速度差异，实现差速转向的效果。高速CAN总线功能也可实现在线诊断、在线标定及控制程序更新等功能。
所述割草控制模块包括左割草控制子模块和右割草控制子模块，两个割草控制子模块分别控制两个割草电机的驱动，实现整机机具输出功能。所述每个割草控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关的信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互的功能，用于电机控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
实施时，割草控制主要通过左、右两个割草电机控制器、割草电机及机具实现，具体为控制器通过内部电源转换模块将电池包高压直流电源转换为控制模块内部使用的低压直流电源，同时采集座椅传感器、使能开关传感器等信号，并转换为主控制芯片可用的信号，经内部电路的处理，依据设定的策略，结合高速CAN总线获取的使能信息，进行高速和低速两种恒定速度的割草功率输出。过程中，控制器进行故障和使能条件的分析判定，若出现故障或者安全条件不满足，则通过高速CAN总线上报故障，停止驱动，若无故障满足驱动要求，则控制电机实现割草驱动；高速CAN总线功能也可实现在线诊断、在线标定及控制程序更新等功能。
所述传感器模块包括座椅状态传感器、电机霍尔传感器、制动状态传感器、行驶角度传感器、霍尔传感器、手柄使能传感器、充电状态传感器、行走高低速状态控制开关及复数个使能开关，所述座椅状态传感器用于检测座椅是否有驾驶人员，制动状态传感器用于检测整机是否处于制动停车状态，充电状态传感器用于检测车辆是否正在充电，手柄使能传感器用于检测手柄操纵有效，作为安全装置，上述信号提供安全判定的条件，供行走控制器、割草控制器判定整机是否可运行；电机霍尔传感器用于监测左右行走电机转速，操纵手柄角度传感器将操纵手柄的机械行程转换为电角度，供行走电机控制器控制车速；行走高低速状态控制开关、割草高低速状态控制开关、灯光开关用于提供车辆状态判定输入指令信号，上述信号最终通过高速CAN总线的方式与其他控制模块进行通讯。
具体实施时，高速CAN总线采用500kbps速率，低速CAN采用250kbps速率，如图1～4所示，***控制节点包括能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块以及用来采集信号的分布于各监测点的传感器模块。
进一步，本发明提供一种采用逻辑门（逻辑阈值控制）的方式，对电气***中电机信号、安全开关信号、电池信号、制动信号、操纵装置信号的处理，通过CAN协议包对信号进行封装、传输、解析和表达，实现各个控制模块与显示模块的信号传递、交互与动作，最终实现对割草机的行走状态、割草状态的识别和故障诊断报警等控制功能。如图4所示，本发明的整车能量传递、信号传递和总线信息流传递，电池组和电池管理***作为能源控制模块，经过动力分配单元，为行走控制模块和割草控制模块组成的控制器模块提供驱动的最终能量来源，同时，经过DC/DC直流变压器的转换，为仪表等用电热备提供辅助电源；传感器模块用于采集监控整车各监测点的状态信息，仪表显示模块显示整车状态信息实现人机交互，各个模块节点之间通过高速CAN总线通讯。同时，能量管理模块则通过低速CAN总线实现主控和从控间的通讯，实现电池状态信息的采集与计算。
具体的如图2所示，图2为核心驱动策略导图，整机状态分为初始状态、预启动状态、电机驱动状态以及以以上三种状态衍生出的制动状态、充电状态和停机状态等，当然其他根据整机运行特征而划分的状态特征应该也可完成整机的实际运行功能，详细过程如下：
整机完成上电后，行走控制模块根据整机CAN总线信息及自检结果，判定是否存在故障，若存在故障，则蜂鸣器报警，驱动失败，否则行走控制模块使整机进入驱动初始状态；之后，行走模块根据解析信息，判定座椅开关有效且制动开关无效且控制杆中性位置开关无效且驱动***无故障，进入预启动状态；之后，行走模块根据解析信息，判定控制杆加速传感器处于“零”位置，至此完成整机的启动自检，整机进入可驱动状态。之后，根据总线信息判断电池电量（SOC）是否处于可用状态（10%～100%），判定整机制动开关是否处于制动状态，判定加速推杆是否进行加速，具体如图2所示，完成整机驱动。当然，整机驱动判定条件可根据实际需求进行增减，从而实现本实施例范围的功能。
如图5所示，充电器具备CAN总线通信功能，将100~240VAC（50~60Hz）交流市电转换成48V平台的直流电，实现充电功能。DC/DC将电池组48V直流电转换成12V直流电，向传感器、灯光、仪表等电器供电。动力分配回路实现各个模块之间的电气连接，实现能量的分配与流通。
进一步，本方案采用高速CAN总线网速率为500Kb/s，低速CAN总线网速为500Kb/s，当然其他根据总线信息数据传输量和负载率的分析和计算，其他速率也可作为方案中的数据传输速率使用。方案中的能源***提供48V平台高压直流电源，采用12V平台低压直流电源，当然其他高压平台和低压平台在能够满足整机驱动的情况下，也可完成整车的电气架构。
进一步，如图6所示，电池状态监测、电池状态分析、开关控制、能量管理、电池安全保护、CAN通信管理、充电管理等功能，上述功能的实现依赖模块中的电池管理***，通过电池单体电压监测、电池总电压监测、充放电电流监测、电池温度监测和其他信号监测，分析电池SOC、SOH和SOP等，结合既定的安全保护策略，控制充放电继电器或MOS管，实现充、放电管理，与充电机进行充电管理，为行走控制模块、割草控制模块提供能源，整个过程中，管理***中CAN通信管理模块通过高速CAN总线与整机的其他模块进行信息的交互与反馈，通过低速CAN总线实现主控和从控间的通讯。
其中所述的SOC为电池的当前剩余电量值，SOH为电池当前健康状态值，SOP为电池的功率估算。所述的CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定及程序更新等功能。充电管理包括电池与充电机之间的通信和充电过程监控与控制。
进一步，本方案所述仪表显示模块包括CAN通信管理、中央信息处理、故障报警（蜂鸣器、灯光闪烁等）和信息显示等功能，功能架构如图7所示，CAN通信管理功能为采集CAN总线信息，解析放大后传达至中央信息处理；中央信息处理用于解析信号、驱动仪表显示屏和语音报警；故障报警为声音报警功能；信息显示为显示屏模块，用于图像显示CAN总线解析信息。仪表界面分配如图8所示，主要显示信息包括累计里程、电量显示、故障码显示、制动状态显示、行驶高低速显示、割草高低速显示等。
进一步，如图9所示，行走控制模块包括两个独立的行走驱动控制***，即左行走控制模块和右行走控制模块，每个控制模块均包括电源转换、传感器信号管理、CAN通讯管理、无刷直流电机控制、电机使能分析、故障监控分析等功能。控制***按照既定的策略，将能源***中的电能转化行驶的机械能，实现整机行走的输出。
其中，所述电源转换即48V直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的12V直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括电机霍尔位置传感器、座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关传感器等信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互等功能，用于行走控制判定；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
进一步，如图10所示，割草控制模块包括两个独立的割草驱动控制***，即左割草控制模块和右割草控制模块，每个控制模块均包括电源转换、传感器信号管理、CAN通讯管理、无刷直流电机控制、电机使能分析、故障监控分析等功能。控制***按照既定的策略，将能源***中的电能转化机具旋转的机械能，实现割草劳动的功率输出。
其中所述的电源转换即48V直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的12V直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括座椅传感器、使能开关传感器等信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互等功能，用于割草控制判定；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
进一步，所述的传感器模块如图11所示，座椅状态传感器用于检测座椅是否有驾驶人员，采集信号为开关量；制动状态传感器用于检测整机是否处于制动停车状态，采集信号为开关量；充电状态传感器位于充电座，用于检测车辆是否正在充电，采集信号为开关量；手柄使能传感器用于检测手柄操纵有效，采集信号为开关量，上述信号作为安全判定的条件，供行走控制器、割草控制器判定整机是否可运行。电机霍尔传感器用于监测左右行走电机转速，采集信号为模拟信号；操纵手柄角度传感器将操纵手柄的机械行程转换为电压模拟量，供行走电机控制器控制车速；行走高低速状态控制开关、割草高低速状态控制开关、灯光开关等用于提供车辆状态判定输入指令信号，上述信号通过传感器模块控制器转换编译，经高速CAN总线进行广播通讯。
本发明通过若干个CAN模块和其他接口的方式实现行走电机控制器、割草电机控制器、能源***控制器、传感器和显示器控制器单元的信息交互，提高了整机的控制精度、可靠性及电动割草机信息处理的效率等，本发明具备CAN在线监控、在线诊断、在线标定及程序更新等功能，CAN总线的拓扑结构，拓展了整机的智能边界，同时具有开发周期短、开发成本低、整机开发平台化、模块化、信息化、智能化程度高的优势，解决了现存割草机智能化信息化程度低的问题，提供了割草机开发衍生品的电气控制技术平台等。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (10)
1.一种基于CAN总线的电动割草机电气控制***，包括能源控制模块、仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块、传感器模块、高速CAN总线和低速CAN总线，其特征是：所述能源控制模块通过高速CAN总线分别连接传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块，实现能源控制模块与传感器模块、仪表显示模块、割草控制模块和行走控制模块的通讯，能源控制模块中的主控和从控通过低速CAN总线连通，实现主控和从控的通讯，整机基于既定的控制策略，完成整机的电气控制；
其中能源控制模块提供最终的驱动能量和存储整机的回馈能量；
仪表显示模块显示整机的***运行状态和故障关键信息，并进行报警处理；
行走控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、整机行走电机的驱动控制；
割草控制模块包含复数个子模块，实现信号的处理、割草电机的驱动控制；
传感器模块以硬线信号、开关信号、电压信号和脉冲信号的方式采集信号，并通过CAN总线方式进行状态交互；
能源控制模块与仪表显示模块、行走控制模块、割草控制模块和传感器模块之间采用逻辑阈值控制的方式，对电机信号、安全开关信号、电池信号、制动信号、操纵装置信号的处理，通过CAN协议包对信号进行封装、传输、解析和表达，实现对割草机的行走状态、割草状态的识别和故障诊断报警的控制。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述能源控制模块包括电池状态监测、电池状态分析、开关控制、能量管理、电池安全保护、CAN通信管理和充电管理的功能，能源控制模块通过对电池单体电压监测、电池总电压监测、充放电电流监测、电池温度监测和信号监测，进行电池状态分析，根据控制策略的要求，进行开关控制，完成电池充、放电控制管理，在充放电过程中，实时进行电池的故障诊断及处理。
3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述电池状态监测功能包括电池单体电压监测、总电压监测、电流监测、温度监测和信号监测；所述电池状态分析功能包括电池SOC估算、电池SOH估算和电池SOP估算，所述SOC为电池的当前剩余电量值，SOH为电池当前健康状态值，SOP为电池的功率估算；所述开关控制功能包括充放电继电器或MOS管、加热继电器的控制；所述能量管理功能包括电池充、放电控制管理和均衡功能；所述电池安全保护功能包括电池故障诊断及处理和回路互锁功能检测；所述CAN通信管理功能包括整机CAN通信、诊断、标定及程序更新；所述充电管理功能包括电池与充电机的通信和过程监控。
4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述仪表显示模块包括CAN通信管理、中央信息处理、故障报警和信息显示的功能，仪表显示模块进行车辆关键信息的解析和显示，首先通过高速CAN通信管理功能采集解析CAN总线信息，根据CAN协议规定，对有效信息进行解析放大后传达至中央信息处理，中央信息分析后驱动仪表显示屏显示累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态信息，同时根据逻辑判定，实时驱动语音报警。
5.根据权利要求4所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述的CAN通信管理功能为采集CAN总线信息，解析放大后传达至中央信息处理；中央信息处理功能用于解析信号、驱动仪表显示屏和语音报警；信息显示为显示屏模块，显示CAN总线解析信息，显示信息包括累计里程、电量、故障码、制动状态、行驶高低速状态、割草高低速状态。
6.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述行走控制模块包括左行走控制子模块和右行走控制子模块，两个行走控制子模块分别控制两个电机的行驶，实现整机的行走及差速转向。
7.根据权利要求6所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述每个行走控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换功能包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括电机霍尔位置传感器、座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关等信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互功能，用于行走控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
8.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述割草控制模块包括左割草控制子模块和右割草控制子模块，两个割草控制子模块分别控制两个割草电机的驱动，实现整机机具输出功能。
9.根据权利要求8所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述每个割草控制子模块分别包括电源转换、信号采集、CAN通讯管理、电机控制、电机使能管理、故障监控分析的功能，所述电源转换包括高压直流电源转换为控制模块内部使用和对外输出的低压直流电源，同时保持电压输出的稳定可靠；信号采集功能包括座椅传感器、操作手柄传感器、使能开关的信号采集、转换；CAN通信管理包括整机CAN通信、诊断、标定、程序更新及整机状态报文交互的功能，用于电机控制；电机控制包括电机换相控制、速度环和电流环闭环控制；电机使能管理为安全分析控制模块，判定电机驱动的安全条件；故障监控分析为故障监测分析功能。
10.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动割草机电气控制***，其特征是：所述传感器模块包括座椅状态传感器、电机霍尔传感器、制动状态传感器、行驶角度传感器、霍尔传感器、手柄使能传感器、充电状态传感器、行走高低速状态控制开关及复数个使能开关，所述座椅状态传感器用于检测座椅是否有驾驶人员，制动状态传感器用于检测整机是否处于制动停车状态，充电状态传感器用于检测车辆是否正在充电，手柄使能传感器用于检测手柄操纵有效，作为安全装置，上述信号提供安全判定的条件，供行走控制器、割草控制器判定整机是否可运行；电机霍尔传感器用于监测左右行走电机转速，操纵手柄角度传感器将操纵手柄的机械行程转换为电角度，供行走电机控制器控制车速；行走高低速状态控制开关、割草高低速状态控制开关、灯光开关用于提供车辆状态判定输入指令信号，上述信号最终通过高速CAN总线的方式与其他控制模块进行通讯。
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