電動汽車共享充電樁初探

盛凌偉，翟娟，彭泉，楊沁昕，章伯兆

（揚州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚州 225009）

0 引言

近年來，由于溫室效應(yīng)的不斷加劇，降低碳排放已成為各國發(fā)展的重要任務(wù)，作為降低碳排放[1]重要工具的電動汽車再一次收到了重視，在我國，十二五規(guī)劃中[2]，更是把電動汽車產(chǎn)業(yè)作為重點扶持的產(chǎn)業(yè)。而本智能共享充電樁以單片機為核心，充分提供了安全、有效的充電方式。其由4大部分構(gòu)成[3]，主體部分主要由總控模塊構(gòu)成，總控模塊主要進(jìn)行信息處理[4]，信息發(fā)接收等工作。總的來說，加入單片機的充電樁可以面向更多的場所，不僅是在充電站，還可以放置在街頭、小區(qū)等各個地方，在提供安全充電的同時，更方便了車主自由充電的需求，因此，關(guān)于單片機為核心的智能充電樁的研究非常具有意義。

1 系統(tǒng)的設(shè)計方案

目前，市面上的充電樁以IC卡刷卡充電為主，雖然使用充電樁能夠較為安全的給電動汽車充電，但是其不能自由控制充電時間的弊端仍威脅著電池的安全。但本設(shè)計以單片機為核心，可以通過其內(nèi)部定時器設(shè)置時間，通過繼電器斷開電源，使用戶根據(jù)自己的電池電量自主的設(shè)定充電時間，既能避免過充問題，又可以節(jié)約時間，保護(hù)電池。

以單片機為核心的智能充電樁具有很強的靈活性，在定時斷電的基礎(chǔ)上可以加上其他模塊，比如電流檢測模塊，電壓檢測模塊，溫度、濕度傳感器，通過各個傳感器時時刻刻監(jiān)測著電池的充電狀態(tài)，以保證每一塊電池的安全充電。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

目前市面上對電動汽車進(jìn)行充電的方式大多采用變壓器加輸電線的組合，用戶一端連接家用電源或者專用電源[5]，通過變壓器將電壓降低至合適的電壓值再對電動汽車進(jìn)行充電，這樣的充電方式既沒有電流電壓的檢測與保護(hù)[6]，也沒有對充電的時間進(jìn)行限制，很容易出現(xiàn)電壓異常或者過充的情況，對生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅，即便是一些專業(yè)的充電樁也缺少上述的兩種保護(hù)[7]，嚴(yán)重威脅的用戶的安全。

為了解決電壓異常造成的危險情況，設(shè)計通過使用電壓檢測模塊和ADC0832模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的組合，對充電電源的電壓值進(jìn)行監(jiān)測并輸出模擬量至ADC0832芯片，模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字量與系統(tǒng)的設(shè)置值進(jìn)行對比，若高于設(shè)定值則關(guān)斷繼電器停止充電以達(dá)到安全保護(hù)。

設(shè)計通過使用單片機內(nèi)部的定時器實現(xiàn)對時間的計時控制，用戶將時間設(shè)置完成后，單片機的定時器會每1ms差生一個時鐘脈沖信號，通過對脈沖信號的計數(shù)完成精確的計時，計時完成時，單片機發(fā)送高電平信號給繼電器，繼電器斷開完成充電。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的二者協(xié)同合作才能確保智能充電樁良好運行。智能充電樁軟件系統(tǒng)主要包含主控模塊、安全模塊及電氣設(shè)計，其中主控模塊作為控制一切的樞紐，其不但能夠?qū)Τ潆姌哆M(jìn)行實時監(jiān)測，還能通過保護(hù)程序?qū)Τ潆娔K進(jìn)行保護(hù)，以免電壓、電流過高而出現(xiàn)各種問題。

在系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛘卟环€(wěn)定的情況下，主控模塊能夠及時斷開電源，防止安全事故發(fā)生的同時保護(hù)電動汽車電池。安全模塊除了接收和執(zhí)行主控模塊的安全檢測命令外，還有著密鑰保護(hù)、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密等功能，從而防止黑客入侵，保障信息安全和交易安全。

設(shè)計軟件構(gòu)架，首先開始執(zhí)行主程序，計時器初始化，LCD1602初始化，屏幕顯示歡迎界面，2秒后自動切換為設(shè)定時間畫面。設(shè)置時間時，小時最大可設(shè)置為99小時[8]，分鐘最大為59分鐘，秒鐘最大也為59秒，倘若分鐘或者秒鐘大于59[9]，則不能設(shè)置[10]。按下開始按鍵后，計時器開始計時，若按下緊急停止按鈕，顯示屏畫面切換為警告界面，繼電器斷開；若手機app發(fā)送控制命令，顯示屏畫面切換至藍(lán)牙控制畫面，繼電器由藍(lán)牙控制；電源電壓異常，繼電器斷開，以上情況均未發(fā)生時，計時時間到，繼電器斷開，顯示器顯示工作完成畫面。

4 系統(tǒng)監(jiān)測與分析

實物測試的主要內(nèi)容包括顯示器的顯示質(zhì)量、藍(lán)牙連接效果、繼電器時間控制功能、藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制功能以及電壓檢測功能。LCD1602的顯示效果由電位器控制，如果屏幕文字顯示不清楚，則可以減小電位器的阻值來增強顯示效果，相反，如果對比度過大，則可以減小阻值來減弱效果，因此用戶可以通過改變電位器的阻值來達(dá)到自己想要的畫面顯示效果。

圖2 顯示效果1

圖3 顯示效果2

圖4 顯示效果3

5 結(jié)論

本次研究設(shè)計的智能充電樁實物主要設(shè)計目的是為了實現(xiàn)計時斷電和手動遠(yuǎn)程斷電兩個功能，計時斷電是用單片機內(nèi)部的定時器，通過累計每1MS產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計時，從而進(jìn)行精準(zhǔn)計時，當(dāng)計時達(dá)到設(shè)定值時，單片機執(zhí)行停止程序，I/O口向繼電器發(fā)送指令，繼電器停止工作。除此之外，此次設(shè)計添加了緊急停止按鍵，用來緊急斷電，當(dāng)出現(xiàn)了一些緊急狀況或突發(fā)情形時，可以方便周圍的人群緊急斷開充電電源，以保護(hù)用電器、設(shè)備以及設(shè)備周圍人、物的安全。當(dāng)緊急按鍵被按下時，設(shè)備會發(fā)出2秒鐘的蜂鳴報警，安全接觸時可以通過清除按鍵再次回到設(shè)定時間狀態(tài)再次使用設(shè)備。