電動車智能計費充電器設(shè)計

河南科技學(xué)院 周喜紅 王世遠(yuǎn) 李宸宇 付廣春

電動車智能計費充電器設(shè)計

河南科技學(xué)院 周喜紅 王世遠(yuǎn) 李宸宇 付廣春

針對小區(qū)電動車充電不合理問題,設(shè)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STM32單片機送到LCD1602顯示器電路中顯示用電量和電費等參數(shù).用戶進(jìn)行IC卡支付或者投幣式支付.通過SPI通信將用電量、電費等參數(shù)送到上位機,以便對該裝置進(jìn)行監(jiān)測、斷電、調(diào)壓等操作.本裝置采用電量計費可以有效的降低了用戶充電費用,電量使用情況可以儲存,以便讓用戶核對,支付方便,增加安全性和方便性.

小區(qū)電車充電;RN8208G;上位機;IC卡支付

0 引言

隨著我國環(huán)保意識的增強,城市污染和能源危機的加重電動車受到廣泛的關(guān)注[1].據(jù)調(diào)查目前國內(nèi)電動車使用量仍有繼續(xù)增長的趨勢,隨著電動車數(shù)量的增多,電動車的充電也是一個問題.小區(qū)電動車充電大多數(shù)采用投幣式和時間計費方式這樣計費方式使電動車用戶充電費用過多,收費不合理,給電動車用戶增加了額外的經(jīng)濟負(fù)擔(dān).該裝置為了消除收費不合理情況,選取用戶使用電量來進(jìn)行收費的方法,使收費合理,能通過SPI協(xié)議與計算機聯(lián)系將電量,電費,充電電壓,電流等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)進(jìn)行儲存,分析可以很好的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制,節(jié)省大量人力.

國內(nèi)外對電動車的充電進(jìn)行了大量研究,如濟南啟能電子科技有限公司的QN-K230L型號的充電樁實現(xiàn)耗電功率顯示,投幣式支付,按照充電時間進(jìn)行支付的功能.如杭州德康DK-CDZ1型號的充電樁具有輸出電壓顯示,充電倒計時顯示,充電電流顯示,按充電時間投幣的功能.用戶對電能計量的要求越來越高,不僅要求智能電表計量準(zhǔn)確,性能穩(wěn)定,還要求能顯示出用電量等信息[3].所以本裝置使用RN8208G芯片內(nèi)部電源監(jiān)測可以保證上電和斷電時該裝置性能穩(wěn)定,具有防盜電和防漏電的功能,保證該裝置的安全性和穩(wěn)定性.采用電量計費,大大節(jié)省用戶的充電費用,使收費更加合理.采用標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行SPI總線.能夠高速的進(jìn)行數(shù)據(jù)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(nèi)充電數(shù)據(jù)異常能夠快速反應(yīng),做出斷電和調(diào)壓等控制增加了該裝置的可靠性和安全性[2].

1 系統(tǒng)總體框圖

該裝置由電量采集模塊、A/D裝換模塊、單片機最小系統(tǒng)、儲存模塊、顯示模塊、支付模塊和充電模塊組成.系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,通過RN8208G單相電量計量芯片模塊將用戶所用電量采集后通過A/D裝換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)過單片機內(nèi)部的程序算法將收費方式按照電量進(jìn)行收費.電量使用情況可以儲存在TF卡中長時間保存,可以供單片機讀取,最后將電量使用情況和最終電費送到數(shù)碼管中顯示出來.用戶可以通過IC卡和投幣進(jìn)行支付.系統(tǒng)總體框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

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

圖2 電量采集計量模塊的工作電路

(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?shù)淖饔?該模塊具有全數(shù)字的增益、相位和當(dāng)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提高小信號有功精度的offset校正.極大的消除了電路內(nèi)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(zhuǎn)換,可以方便與主控單片機進(jìn)行通信.其內(nèi)部具有電源監(jiān)控電路可以保證斷電和上電時芯片可靠工作.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.該模塊只需要簡單的操作就可以完成對IC卡的全部操作,具有默認(rèn)尋卡方式,當(dāng)卡片進(jìn)入天線時,LED出現(xiàn)低電平,上位機可以直接通過尋卡指令讀取卡片序列號,通信采用硬件簡單,資源消耗少的SPI通信,極大的提高了精確度,降低了讀卡失誤率[4].用戶刷卡信息直接通過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動車蓄電池進(jìn)行充電.次級繞組接D1、D2、D3和D5構(gòu)成二次整流電路,470UF的電解電容C8電容濾波電容.R23為蓄電池實際電壓的采樣電路,采樣蓄電池電壓的1/12.蓄電池的負(fù)極經(jīng)0.1Ω的采樣電阻接到地上構(gòu)成電流采樣電路.次級繞組的中間接線端經(jīng)二極管D3、限流電阻R2、12V穩(wěn)壓管ZD1、電解電容和瓷片電容組成12V穩(wěn)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(shè)計

該系統(tǒng)軟件有用戶是否確認(rèn)、有無錯賬記錄、連接是否確認(rèn)、充電模式是否確認(rèn)、是否加電、是否充電結(jié)束、是否充電結(jié)算等軟件和人工判斷.其功能是充電模式設(shè)置能充電結(jié)束顯示充電消耗電量,便于用戶核對充電費用[5].此軟件系統(tǒng)結(jié)合硬件系統(tǒng)可以達(dá)到省時、省電、高效、安全可靠的目的,為用戶提供良好的使用環(huán)境,也解決了用戶采用電量計費的目的,大大節(jié)省用戶的充電費用,使收費更加合理.對其分別描述如下:

(1)用戶是否確認(rèn)的判斷為了防止用戶因誤操作使電動車進(jìn)入充電模式.有無錯賬記錄判斷為了防止充電樁充電過程中出現(xiàn)計費錯誤,給用戶造成損失.連接是否確認(rèn)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(shè)計如圖5所示.

(2)充電模式是否確認(rèn)判斷為了保證在不同的充電時段內(nèi)充電樁輸出電壓等不同,保證了充電省時、省電、高效.是否上電判斷為了確保充電過程中上電時間準(zhǔn)確,防止電動車出現(xiàn)過充現(xiàn)象,延長電動車電池的使用壽命.其軟件設(shè)計圖如圖6所示.

圖5 軟件設(shè)計圖

圖6 軟件設(shè)計圖

(3)是否充電結(jié)算判斷為了核對是否充電結(jié)算存在錯誤,如果存在錯誤,用戶可以不進(jìn)行充電結(jié)算,待數(shù)據(jù)正常后進(jìn)行結(jié)算,此設(shè)置為用戶提供更為人性化的服務(wù).

圖7 軟件設(shè)計圖

3.結(jié)語

該裝置設(shè)計實現(xiàn)了預(yù)期功能,解決了小區(qū)用戶電動車充電費用不合理的情況,按照電量收費.收費模式可以自行設(shè)置,實現(xiàn)無人值守.

[1]徐帥.淺談我國電動車發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[J].山東工業(yè)技術(shù),2016,8:291.

[2]賈偉,邵左文,張猛.基于SPI總線的高速串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2007,26(4):34-41.

[3]謝留婉.智能單相電度表設(shè)計[J].電子世界,2011,11:35-36.

[4]陶靜.智能儀器的上位機控制[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016,20:116.

[5]申全懿,武傳勝,崔歆卓,滿雪嵐.實現(xiàn)電動車充電計費系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)導(dǎo)報,2016,9.

Smart meter device based on embedded

Zhou Xihong,Wang Shiyuan,Li ChenYu,Fu Guangchun
(Henan Institute of Science and Technology)

According to village electric vehicle charging unreasonable problem,designed based on embedded smart meter device.The device by RN8208G power acquisition chip,STM32 series micro-controller,LCD1602 display,TF storage,payment module,the charging module. The device by RN8208G charging power acquisition chip consumption power,through the STM32 MCU converted to the LCD1602 display circuit,the display parameters such as power consumption and electricity,then the user IC card to pay or coin-operated pay,finally through the SPI communication parameters such as power consumption,electricity to the PC,so that the device is monitoring,power outages,regulating operation,etc. This device USES electricity pricing can effectively reduce the user charge fees,electricity usage can be stored,so that the user verification,convenient payment,increase the safety and convenience.

Village trolley charge;RN8208G;PC;IC card to pay

周喜紅(1995-),男,河南新鄉(xiāng)人,河南科技學(xué)院機電學(xué)院電氣控制及其自動化專業(yè)2014級學(xué)生.

付廣春(1972-),男,河南新鄉(xiāng)人,副教授,研究方向:智能控制及檢測技術(shù).