淺談電瓶車(chē)智能收費充電樁的設計與應用

更新時(shí)間：2023-05-30

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胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：針對小區電瓶車(chē)充電不合理問(wèn)題，設計了基于嵌入式的智能計費充電裝置。該裝置由RN8208G電量采集芯片、STM32系列單片機、LCD1602顯示器、TF儲存器、支付模塊、充電模塊組成。該裝置由RN8208G電量采集芯片充電消耗的電量，通過(guò)STM32單片機送到LCD1602顯示器電路中顯示用電量和電費等參數。用戶(hù)進(jìn)行IC卡支付或者投幣式支付。通過(guò)SPI通信將用電量、電費等參數送到上位機，以便對該裝置進(jìn)行監測、斷電、調壓等操作。本裝置采用電量計費可以有效的降低了用戶(hù)充電費用，電量使用情況可以?xún)Υ?，以便讓用?hù)核對，支付方便，增加安全性和方便性。

關(guān)鍵詞：小區電瓶車(chē)充電；RN8208G；上位機；IC卡支付

0引言

隨著(zhù)我國環(huán)保意識的增強，城市污染和能源危機的加重電瓶車(chē)受到廣泛的關(guān)注。據調查目前國內電瓶車(chē)使用量仍有繼續增長(cháng)的趨勢，隨著(zhù)電瓶車(chē)數量的增多，電瓶車(chē)的充電也是一個(gè)問(wèn)題。小區電瓶車(chē)充電大多數采用投幣式和時(shí)間計費方式這樣計費方式使電瓶車(chē)用戶(hù)充電費用過(guò)多，收費不合理，給電瓶車(chē)用戶(hù)增加了額外的經(jīng)濟負擔。該裝置為了消除收費不合理情況，選取用戶(hù)使用電量來(lái)進(jìn)行收費的方法，使收費合理，能通過(guò)SPI協(xié)議與計算機聯(lián)系將電量，電費，充電電壓，電流等數據傳輸到計算機內進(jìn)行儲存，分析可以很好的進(jìn)行遠程監控和控制，節省大量人力。國內外對電瓶車(chē)的充電進(jìn)行了大量研究，充電樁實(shí)現耗電功率顯示，投幣式支付，按照充電時(shí)間進(jìn)行支付的功能，具有輸出電壓顯示，充電計時(shí)顯示，充電電流顯示，按充電時(shí)間投幣的功能。用戶(hù)對電能計量的要求越來(lái)越高，不僅要求智能電表計量準確，性能穩定，還要求能顯示出用電量等信息。所以本裝置使用RN8208G芯片內部電源監測可以保證上電和斷電時(shí)該裝置性能穩定，具有防盜電和防漏電的功能，保證該裝置的安全性和穩定性。采用電量計費，大大節省用戶(hù)的充電費用，使收費更加合理。采用標準的四線(xiàn)同步雙向串行SPI總線(xiàn)。能夠高速的進(jìn)行數據傳遞，將充電樁的充電電流，充電電壓，用電量，充電功率傳送到上位機中儲存，一旦充電樁內充電數據異常能夠快速反應，做出斷電和調壓等控制增加了該裝置的可靠性和安全性。

1系統總體框圖

該裝置由電量采集模塊、A/D裝換模塊、單片機小系統、儲存模塊、顯示模塊、支付模塊和充電模塊組成。系統總體框圖如圖1所示，通過(guò)RN8208G單相電量計量芯片模塊將用戶(hù)所用電量采集后通過(guò)A/D裝換模塊將模擬信號轉換為數字信號經(jīng)過(guò)單片機內部的程序算法將收費方式按照電量進(jìn)行收費。電量使用情況可以?xún)Υ嬖赥F卡中長(cháng)時(shí)間保存，可以供單片機讀取，將電量使用情況和電費送到數碼管中顯示出來(lái)。用戶(hù)可以通過(guò)IC卡和投幣進(jìn)行支付。系統總體框圖如圖1所示。

2系統設計

圖1系統總體框圖

2.1硬件設計

根據上述總體設計模型分析，進(jìn)行智能充電樁嵌入式控制系統的優(yōu)化設計，基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行智能充電樁嵌入式控制系統的硬件的模塊化設計，系統的硬件電路設計主要包括了電量采集計量模塊設計、支付模塊設計等，對其分別描述如下：

圖2電量采集計量模塊工作電路

(1)該裝置的電量采集計量模塊主要進(jìn)行電量的采集、計算、傳輸的作用。該模塊具有全數字的增益、相位和當外部噪聲 (如PCB噪聲，變壓器噪聲等)較大，積分所得的能量影響到小信號精度時(shí)提高小信號有功精度的offset校正。大大的消除了電路內部干擾，提高了計量的精度。該模塊能夠進(jìn)行SPI和USART通信，只需要控制RN8082G單相電量計量芯片的IS引腳的高低電平進(jìn)行轉換，可以方便與主控單片機進(jìn)行通信。其內部具有電源監控電路可以保證斷電和上電時(shí)芯片可靠工作。該電量采集計量模塊的工作電路如圖2所示。

(2)該裝置的支付模塊主要作用是進(jìn)行電費的的支付，以及將支付后的信息傳遞給單片機。該模塊只需要簡(jiǎn)單的操作就可以完成對IC卡的全部操作，具有默認尋卡方式，當卡片進(jìn)入天線(xiàn)時(shí)，LED出現低電平，上位機可以直接通過(guò)尋卡指令讀取卡片序列號，通信采用硬件簡(jiǎn)單，資源消耗少的SPI通信，大大的提高了精度，降低了讀卡失誤率。用戶(hù)刷卡信息直接通過(guò)單片機和上位機傳到PC里保存，便于核對信息。該支付模電路圖如圖3所示。

圖3支付模塊電路圖

該裝置的充電模塊充電電路主要是對電瓶車(chē)蓄電池進(jìn)行充電。次級繞組接D1、D2、D3和D5構成二次整流電路，470UF的電解電容C8電容濾波電容。R23為蓄電池實(shí)際電壓的采樣電路，采樣蓄電池電壓的1/12。蓄電池的負極經(jīng)0.1Q的采樣電阻接到地上構成電流采樣電路。次級繞組的中間接線(xiàn)端經(jīng)二極管D3、限流電阻R2、12V穩壓管ZD1、電解電容和瓷片電容組成12V穩壓電路為散熱風(fēng)扇提供電源。該充電模塊充電電路圖如圖4所示。

圖4充電模塊充電電路圖

2.2軟件設計

該系統軟件有用戶(hù)是否確認、有無(wú)錯賬記錄、連接是否確認、充電模式是否確認、是否加電、是否充電結束、是否充電結算等軟件和人工判斷。其功能是充電模式設置能充電結束顯示充電消耗電量，便于用戶(hù)核對充電費用。此軟件系統結合硬件系統可以達到省時(shí)、省電、安全可靠的目的，為用戶(hù)提供良好的使用環(huán)境，也解決了用戶(hù)采用電量計費的目的，大大節省用戶(hù)的充電費用，使收費更加合理。對其分別描述如下：

(1)用戶(hù)是否確認的判斷為了防止用戶(hù)因誤操作使電瓶車(chē)進(jìn)入充電模式。有無(wú)錯賬記錄判斷為了防止充電樁充電過(guò)程中出現計費錯誤，給用戶(hù)造成損失。連接是否確認判斷為了檢測插頭是否固定好或者插頭是否連接，提高使用安全性和可靠性。其軟件設計如圖5所示。

圖5軟件設計圖

(2)充電模式是否確認判斷為了保證在不同的充電時(shí)段內充電樁輸出電壓等不同，保證了充電省時(shí)、省電。是否上電判斷為了確保充電過(guò)程中上電時(shí)間準確，防止電瓶車(chē)出現過(guò)充現象，延長(cháng)電瓶車(chē)電池的使用壽命。其軟件設計圖如圖6所示。

圖5軟件設計圖

圖6軟件設計圖

(3)是否充電結算判斷為了核對是否充電結算存在錯誤，如果存在錯誤，用戶(hù)可以不進(jìn)行充電結算，待數據正常后進(jìn)行結算，此設置為用戶(hù)提供更為人性化的服務(wù)。其軟件設計圖如圖7所示。

圖7軟件設計圖

3安科瑞電瓶車(chē)充電樁及收費管理系統的介紹

3.1電瓶車(chē)智能充電樁及收費管理系統架構介紹

電瓶車(chē)智能充電樁是新一代電瓶車(chē)智能充電設備，具有交流輸出電源遠程通斷控制、充電安全控制、電度計量、按時(shí)計費功能于一體的交流供電裝置，該裝置能通過(guò)電瓶車(chē)的車(chē)配充電器為電瓶車(chē)充電。支付方式可選擇投幣、刷卡、掃描使用，設備內部可引出 10路出線(xiàn)至專(zhuān)用插座，通過(guò)電瓶車(chē)的車(chē)配充電器完成充電?？蛇B接云平臺給用戶(hù)提供安全可靠及智能化的充電服務(wù)。

安科瑞電瓶車(chē)智能充電樁通過(guò)GPRS模塊與云端進(jìn)行通信和數據交互。系統能夠對電瓶車(chē)充電樁的日常狀態(tài)、充電過(guò)程進(jìn)行監控；實(shí)現充電支付對接：支持投幣、刷卡、微信支付等多種支付方式，保證交付交易過(guò)程的完整性，對充電過(guò)程中的異常情況進(jìn)行有效的預警；實(shí)現對下游站級平臺的清算和對賬功能。