一種電動車智能充電器的設(shè)計

裴美珍

摘要：電動車作為一種非常便捷的交通工具，已走進(jìn)千家萬戶，如何權(quán)衡好充電的方便快捷、穩(wěn)定與安全，也成為了不可忽視的問題。本文詳細(xì)敘述了智能充電器的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)。

Abstract： As a very convenient means of transportation， electric vehicles have entered thousands of households. How to balance the convenience， stability and safety of charging has become a problem that cannot be ignored. This article details the hardware design and software implementation of the smart charger.

關(guān)鍵詞：智能控制;充電;檢測

Key words： intelligent control;charging;detection

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0146-02

0? 引言

隨著電動自行車的普及，小區(qū)如何管理和安全充電成了當(dāng)前很多小區(qū)需要解決的重要問題。電動車車主給電動車充電的途徑一般有兩種：一是將電瓶取下來，抬回家充電;二是從自家窗口仍下一根很長的臨時電源充電;而物業(yè)方面，因無充電計量設(shè)備，致使業(yè)主在單元樓前，亂拉亂扯電線，對小區(qū)安全造成極大隱患，有些小區(qū)為車主設(shè)立了充電電源，因為沒有計量設(shè)備對收費(fèi)的多少一直存在爭議導(dǎo)致不能及時收取電費(fèi)。為有效解決上述困擾廣大電動車主和物業(yè)的難題，本文提出了一種多路電動車充電控制器，該控制器能夠定時或?qū)崟r檢測充電電流智能切斷電源，可以刷卡或投幣計費(fèi)。

1? 充電智能控制器的硬件設(shè)計

充電智能控制器硬件主要由以下幾部分組成：主控制器、收費(fèi)模塊、充電輸入按鈕模塊、繼電器控制模塊、LCD顯示模塊、電流檢測模塊和語音提示模塊等，這幾個模塊在單片機(jī)的控制下，相互協(xié)調(diào)工作，保證了充電智能控制器各種功能的實現(xiàn)，各模塊間關(guān)系如圖1所示。

1.1 CPU控制模塊

STC12C5A60S2考慮到系統(tǒng)對運(yùn)行速度的要求，系統(tǒng)主控芯片選用STC12C5A16S2。該芯片是宏晶公司生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）單片機(jī)，屬于新一代8051單片機(jī)，具有超強(qiáng)抗干擾、低功耗、高速的優(yōu)勢，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但是速度快8-12倍。片內(nèi)程序存儲器空間為16KB，數(shù)據(jù)存儲器不僅在內(nèi)部集成了256字節(jié)的RAM，還集成了1024字節(jié)的擴(kuò)展RAM，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S。

依據(jù)STC12C5A60S2單片機(jī)的引腳特性，在實際設(shè)計中，各電流檢測驅(qū)動信號由單片機(jī)P1口輸入，內(nèi)部ADC，8路選擇按鈕占用P0.0～P0.7共8個端口，刷卡計費(fèi)用P2.0到P2.3口;8路輸出繼電器控制由P2.4～P2.6口;lcd顯示由P3.6～P3.7和P4.0～P4.2口。

1.2 投幣輸入模塊設(shè)計

系統(tǒng)采用光電耦合器來檢測信號，當(dāng)硬幣投下后經(jīng)過管道滾到光電耦合器處，擋住光束，三極管截止，輸出高電平，經(jīng)過74ls04反相后產(chǎn)生下降沿，送入單片機(jī)的中斷引腳產(chǎn)生中斷，執(zhí)行檢測程序，假幣退出，真幣進(jìn)硬幣倉庫并啟動充電程序。

1.3 充電電流檢測模塊設(shè)計

采用電流互感器檢測充電電流，具體電路如圖2所示。電流互感器T2初級的兩個輸入端連接在電瓶充電回路中，次級與取樣電阻R2并聯(lián)，取樣電阻R2將感應(yīng)的交流充電電流轉(zhuǎn)換成交流電壓信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器LM324放大，再經(jīng)過整流二極管D2整流，濾波電解電容C4濾波，將交流電壓信號平均為直流電平信號，最后送到單片機(jī)采樣。

1.4 顯示模塊

顯示一般采用led和lcd顯示，led顯示具有成本低，亮度高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于顯示的位數(shù)較多，多數(shù)采用動態(tài)顯示，占用了cpu大量的資源，所以本文選用Lcd液晶屏顯示。為了省I/O口，采用74ls164串轉(zhuǎn)并后送數(shù)據(jù)給液晶。具體電路如圖3所示。

1.5 電源模塊

電源電路如圖4所示。圖中AC220V經(jīng)過220V/9V的降壓變壓器送給全波整流電路，首先把交變的電流變?yōu)槊}動直流電，經(jīng)電解電容C1（470UF/35V）處理，將電路的可靠性提高;其次，組建電感π型濾波電路（組成部分包括L1、C2和C3），目的是降低紋波;在7805穩(wěn)壓芯片之前并聯(lián)TVS管，若由于大電壓發(fā)生突發(fā)短路問題，可使大電壓導(dǎo)入TVS管，有效避免了線路損壞的問題，起到了良好的線路保護(hù)作用;最后進(jìn)過C4和C5對紋波進(jìn)行濾除并輸出5V電源。

1.6 輸出繼電器控制模塊

控制器對充電電源的控制本質(zhì)是對繼電器的控制。控制電路如圖5所示?？刂菩盘枏膯纹瑱C(jī)輸出后先經(jīng)過光耦電路隔離，再經(jīng)過ULN2003擴(kuò)流提高驅(qū)動能力，接到繼電器線圈的一端;繼電器的常開觸點(diǎn)連在主電路接觸器的線圈回路中，當(dāng)繼電器線圈得電時，常開觸點(diǎn)吸合，電源接通，電動車充電。

1.7 刷卡計費(fèi)模塊

為了方便計費(fèi)，除了投幣外還采用刷卡計費(fèi)。計費(fèi)模塊采用選用RC522A芯片，該芯片利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持14443A兼容應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測。模塊采用電壓為3.3V，通過SPI接口簡單的幾條線就可以直接與CPU主板相連接通信。

2? 軟件設(shè)計

本設(shè)計采用KEIL C語言編程，按功能將整個程序分成若干個模塊，如此可使程序結(jié)構(gòu)清晰及易于調(diào)試和維護(hù)，不僅便于整個程序的編寫和管理，也可增強(qiáng)可讀性和可移植性。系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖6。

3? 總結(jié)

本文所設(shè)計的智能充電控制器經(jīng)過實際測試及實踐應(yīng)用表明，系統(tǒng)能夠可以刷卡或投幣計費(fèi)，定時關(guān)斷電源，并實時檢測充電電流，解決了小區(qū)電動車充電不安全和收費(fèi)難的難題。

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