高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧斯銘

摘 要：電動(dòng)車憑借自身環(huán)境污染小、噪音低、以及效率高的特點(diǎn)，得到大眾的喜愛。但是，電動(dòng)車充電成為使用者重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)問題，尤其是高層小區(qū)。因此，本文對(duì)高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，展開了分析和闡述，其目的就是確保高層小區(qū)電動(dòng)車充電的穩(wěn)定性和安全性，為人們?cè)谑褂秒妱?dòng)車方面，提供了便利的條件。

關(guān)鍵詞：高層小區(qū);電動(dòng)車;充電系統(tǒng)

就目前的發(fā)展形式，電動(dòng)車逐漸普及到各個(gè)家庭中，但是隨著電動(dòng)車的普及，越來越多的問題逐漸暴露出現(xiàn)，其中高層小區(qū)充電就是較為顯著的一個(gè)。高層小區(qū)電動(dòng)車傳統(tǒng)的充電就是居民從自家樓上私自拉下交流電源進(jìn)行充電，這樣如果在充電期間無人看管，并且處于露天的狀態(tài)，受到外界因素的影響，很容易產(chǎn)生安全事故。因此，為了保證高層小區(qū)電動(dòng)車充電的安全性，必須要重視和解決充電問題，必須加強(qiáng)高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化充電模式，以此保證高層小區(qū)電動(dòng)車充電的安全性和穩(wěn)定性。

一、電動(dòng)車充電系統(tǒng)分析

1、電動(dòng)車充電系統(tǒng)主要是將將單片機(jī)、無線模塊作為控制中心，并且將充電器固定在家中，延長(zhǎng)其輸出直流端，利用電機(jī)對(duì)電線進(jìn)收放，以此起到蓄電池充電的作用，這樣可以有效日升電動(dòng)車充電的安全性【1】。同時(shí)，通過利用單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，利用無線遙控器，作為充電系統(tǒng)的開關(guān)，這樣可以有效提升電動(dòng)車充電系統(tǒng)的實(shí)用性。

2、在電動(dòng)車充電期間，用戶僅僅需要按下按鍵，電線即可自動(dòng)放線，并且電動(dòng)車充電完成以后，用戶再次按下按鍵，電線即可自動(dòng)收回，這樣可以有效解決傳統(tǒng)充電方式所帶來的隱患，也為用戶提升電動(dòng)車充電的效率。將 STM32 和裝有 Free car 等軟件應(yīng)用到電動(dòng)車充電系統(tǒng)中，可以對(duì)輸出點(diǎn)導(dǎo)線電阻的充電情況進(jìn)行數(shù)據(jù)和影像采集，這樣電動(dòng)車充電系統(tǒng)的管理人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)和影響進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以此保證其使用性。

二、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)是高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要是因?yàn)樽龊迷摲矫娴脑O(shè)計(jì)，才能更好展開細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，這樣才能保證高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果。那么，在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要中重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。

1、在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是以 MC9S12XS128 單片機(jī)為核心，并且利用電池充電管理芯片的方式，對(duì)整合充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)充電、恒電流充電、恒電壓充電等，以此滿足用戶對(duì)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的需求。

3、可以將手機(jī)APP進(jìn)行連接，這樣用戶可以利用手機(jī)進(jìn)行充電操作，盡最大程度上保證充電系統(tǒng)使用的安全性和穩(wěn)定性。

三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：微控制器、Wi-Fi 無線模塊、電源、傳感器、電路切換等方面，具體的內(nèi)容如下。

1.微控制器

微控制器設(shè)計(jì)是高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要是以MC9S12XS128 單片機(jī)為主，。其芯片內(nèi)核為CPU12X? V2，這樣總線范圍相對(duì)較大，其兼容性較高。另外，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于單片機(jī)的儲(chǔ)存空間相對(duì)較大，可以同時(shí)支持多位的A/D轉(zhuǎn)換，例如：8位、12位、16位等。需要根據(jù)用戶的需求，將單片機(jī)的運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)試，一般都是以25MHz為主，以此提升高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的的運(yùn)行性能。

2.Wi-Fi無線模塊

隨著各項(xiàng)信息技術(shù)的發(fā)展，各項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)體系逐漸應(yīng)用到電動(dòng)車充電系統(tǒng)中【2】?；诖?，為了提升高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的功能性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，將Wi-Fi無線技術(shù)應(yīng)用其中，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電的功能。Wi-Fi無線模塊設(shè)的時(shí)候，是以TCP/IP 協(xié)議及IEEE802.11b.g.n 協(xié)議為主，這樣對(duì)于實(shí)現(xiàn)串口電平與無線網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的轉(zhuǎn)換，起到了關(guān)鍵性的作用。另外，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，將 ESP8266 無線模塊應(yīng)用其中，這樣在核心芯片對(duì)系統(tǒng)電池組充充電電壓、以及充電電流閥等參數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，Wi-Fi無線模塊可以將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的發(fā)送到是系統(tǒng)中斷，然而系統(tǒng)終端可以根據(jù)電動(dòng)車的充電狀態(tài)遠(yuǎn)程控制，確保高層小區(qū)電動(dòng)車充電的安全性。

3.電源設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)是高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要是以精密型開關(guān)為主，并且需要在系統(tǒng)中輸入電壓范圍，根據(jù)電壓范圍取值，一般為：85V～564v，輸出電壓為直流電壓的5v，輸出地電壓精度一定要在-1%～1%之間，這樣可以有效滿足高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的供電需求。

4.傳感器設(shè)計(jì)

一般情況下，高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)中傳感器設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是以溫濕度傳感器為主，這樣在電動(dòng)車充電期間，如果溫度有所上升的話，處理器就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且如果檢測(cè)溫度達(dá)到45℃以上的話，控制充電器就會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將恒流充電模式進(jìn)行切換，切換成恒壓充電方式，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)高層小區(qū)小電流的充點(diǎn)模式，也避免電動(dòng)車充電安全故障的產(chǎn)生。例如：某搞成小區(qū)在電動(dòng)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，以AD590溫度傳感器為主，其測(cè)溫范圍在—55℃～150℃之間，并且檢測(cè)的準(zhǔn)確性較高，在極大程度上保證了該高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的安全性。另外，針對(duì)蓄電池充電電壓、充電電流等，可以利用霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并且在檢測(cè)的時(shí)候，如果檢測(cè)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)值的話，那么就需要立即切換電源， 以此保證電動(dòng)車充電期間的安全性。

5.電路切換

在蓄電池進(jìn)行電動(dòng)車充電的時(shí)候，一旦蓄電池產(chǎn)生異常，電路切換可以立即對(duì)充電模式進(jìn)行切換，避免產(chǎn)生較大的安全事故。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是通過為微控制器、外圍輔助電路，以及繼電器電路等方面的融合，這樣可以有效實(shí)現(xiàn)充電切換、報(bào)警信號(hào)輸出、以及充電期間充電和斷電控制等功能，大大提升高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的功能性。另外，在充電設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般是以預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電導(dǎo)等方式為主，如果電動(dòng)車在預(yù)充電期間，出現(xiàn)異?；蛘叱潆婋妷洪y參數(shù)值達(dá)到上限以后，可以立即切換到恒流充電。如果恒流充電在充電期間，額定電壓值也達(dá)到上限的話，這樣就可以切換到恒壓從充電【3】。但是，三種充電方式，都達(dá)到預(yù)設(shè)充電參數(shù)值的話，這時(shí)控制電路就會(huì)發(fā)出警報(bào)，用戶可以根據(jù)警報(bào)，立即切斷電源。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)中的核心，因此在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅注重硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還需要加強(qiáng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)力度，主要從服務(wù)器、主程序、Wi—Fi連接、驅(qū)動(dòng)模塊等方面展開，其內(nèi)容如下。

1.Wi—Fi連接設(shè)計(jì)

Wi—Fi連接是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要是通過利用Wi—Fi連接網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)各個(gè)服務(wù)器之間的連接。那么，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)內(nèi)容。

1、Wi—Fi連接與電源連接以后，需要進(jìn)行初始化操作，初始化完成以后，可以對(duì)Wi—Fi信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)掃，以此檢測(cè)出Wi—Fi連接信號(hào)。

2、自動(dòng)檢測(cè)出Wi—Fi連接信號(hào)以后，可以自動(dòng)連接，但是如果檢測(cè)為發(fā)現(xiàn)Wi—Fi連接信號(hào)，那么就需要重復(fù)以上的步驟，不斷連接Wi—Fi連接信號(hào)，直到信號(hào)連接完成。

2.服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器設(shè)計(jì)是以MQTT 通信協(xié)議為主，主要是根據(jù)其中一個(gè)客戶端，將系統(tǒng)運(yùn)行消息進(jìn)行發(fā)布，確保用戶可以及時(shí)了解電動(dòng)車充電器系統(tǒng)的使用情況。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過利用MQTT 通信協(xié)議，可靠性相對(duì)較高，為用戶提良好的服務(wù)體系。

3.主程序設(shè)計(jì)

主程序設(shè)計(jì)是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，利用MC9S12xs128 處理器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，并且再利用傳感器，對(duì)電動(dòng)車充電系統(tǒng)各個(gè)電路的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。數(shù)據(jù)采集完成以后，通過利用單片機(jī)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)繼續(xù)分析，并且需要與預(yù)先設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較，分析是否主程序運(yùn)行出現(xiàn)異常。如果分析發(fā)現(xiàn)異常，或者超過預(yù)先設(shè)定的閾值參數(shù)，這時(shí)可以通過Wi—Fi模塊將信息傳輸?shù)娇蛻艚K端，給予相應(yīng)的提出，用戶可根據(jù)提示做出相應(yīng)的處理。另外，在數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)未超過閾值參數(shù)的話，這樣僅僅選用合適的充電方式進(jìn)行的充電即可。

4.驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)是以直流電機(jī)為主，其電源一般是采用12V，主要是因?yàn)榘踩院捅憬菪远驾^高。直流電機(jī)設(shè)置完成以后，需要將電源適配器放置在合適的位置，其功能是將交流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成直流電源，并且再通過利用繼電器對(duì)交流電源進(jìn)行控制，這樣主要是避免電源適配器長(zhǎng)時(shí)間的使用出現(xiàn)異常。同時(shí)，針對(duì)電機(jī)放線，利用正傳的方式，收線利用倒轉(zhuǎn)的方式，這是疾苦需設(shè)置換向繼電器對(duì)電機(jī)的收線和放線進(jìn)行控制。另外，還需要在設(shè)置一個(gè)繼電器，主要是對(duì)換向繼電器進(jìn)行控制。在驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要將高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)輸出端延長(zhǎng)線纏繞在電機(jī)上，并且交流電源合適的位置設(shè)置繼電器，這樣也是對(duì)交流電起到控制的作用，有效提升了高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的安全性。

五、用電保護(hù)設(shè)計(jì)

用電保護(hù)設(shè)計(jì)主要的功能就是保證高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，那么在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮過熱保護(hù)、緊急停止、漏電保護(hù)等方面，其內(nèi)容如下。

1.緊急停止

在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)運(yùn)行期間，很容易因?yàn)槟承┮蛩氐挠绊?，出現(xiàn)一些突發(fā)緊急情況，這時(shí)為了避免安全事故的產(chǎn)生，就需要充電立即停止充電電流的輸出，需要設(shè)置緊急停止按鈕，并且用戶在第一時(shí)間按下即可。但是，即使在這樣的情況下，電磁閥依舊會(huì)處于充電線鎖住的狀態(tài)，這樣系統(tǒng)需要囧拍卡解鎖。

2.過熱保護(hù)

高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)在長(zhǎng)期的中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度較高的情況，這樣導(dǎo)致安全事故產(chǎn)生的一個(gè)重要因素。因此，在系統(tǒng)用電保護(hù)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要在重視該方面，可以在火線的位置設(shè)置一個(gè)緊貼式的溫度傳感器，并且長(zhǎng)期處與常閉式的狀態(tài)，這樣高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)運(yùn)行期間，溫度過高，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)斷開。另外，系統(tǒng)斷開以后，對(duì)充電輸入電流也進(jìn)行控制，一般是將其控制在13A以下，并且等溫度降低到合理溫度值以后，充電輸出電流才會(huì)增大，這樣可以大大降低了高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)安全事故的產(chǎn)生。

3.漏電保護(hù)

漏電保護(hù)也是高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)運(yùn)行中常見的一個(gè)問題，在該方面設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要將漏電保護(hù)裝置設(shè)置于高層小區(qū)電動(dòng)車充電電源的外部，通常情況下是以32A和40A漏電保護(hù)開關(guān)為主，并且在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)運(yùn)行期間，如果充電輸出電流超過預(yù)設(shè)電流參數(shù)值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切斷電源，避免產(chǎn)生系統(tǒng)漏電的現(xiàn)象。

六、充電系統(tǒng)位置設(shè)計(jì)

通常情況，電動(dòng)車都是停放在小區(qū)的路邊、車棚、或者專門電動(dòng)車停車位置。因此，在高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)位置進(jìn)行合理的設(shè)定，這樣可以為用戶在電動(dòng)車充電人提供了便利的條件。

首先，可以將高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的位置在路邊，或者小區(qū)內(nèi)部照明燈桿等位置，并且需要設(shè)置一個(gè)多功能的電力裝置，這樣可以有效滿足高層小區(qū)電動(dòng)車充電的條件，提升其系統(tǒng)的運(yùn)行性能【6】。

其次，為了實(shí)現(xiàn)高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，可以根據(jù)用戶的需求，設(shè)置六至八頭的充電口，可以滿足多輛電動(dòng)車同時(shí)充電，提升高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的實(shí)用性。

最后，由于受到天氣的影響，需要在高層小區(qū)車棚內(nèi)設(shè)置高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)，并且安裝相應(yīng)樹齡的電機(jī)柜，以此確保高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

六、結(jié)語

電動(dòng)車的出現(xiàn)極大程度上改變了人們的日常出行方式，并且由于其環(huán)保性較高、成本較低等，在人們出行中占據(jù)著重要的地位。但是，電動(dòng)車充電成為一個(gè)急需解決的問題。因此，本文從高層小區(qū)的角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)整體、硬件、軟件、用電保護(hù)、系統(tǒng)位置等方面，對(duì)堤電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開了研究，通過各個(gè)方面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，以此提升高層小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)的實(shí)用性，以及功能性，確保其充電期間的安全性和穩(wěn)定性。

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