電瓶車智能收費(fèi)充電樁的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用的分析

針對(duì)小區(qū)電瓶車充電不合理問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于嵌入式的智能計(jì)費(fèi)充電裝置。該裝置由RN8208G電量采集芯片、STM32系列單片機(jī)、LCD1602顯示器、TF儲(chǔ)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(jī)送到LCD1602顯示器電路中顯示用電量和電費(fèi)等參數(shù)。用戶進(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(fèi)等參數(shù)送到上位機(jī)，以便對(duì)該裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)、斷電、調(diào)壓等操作。本裝置采用電量計(jì)費(fèi)可以有效的降低了用戶充電費(fèi)用，電量使用情況可以儲(chǔ)存，以便讓用戶核對(duì)，支付方便，增加安全性和方便性。

隨著我國(guó)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，城市污染和能源危機(jī)的加重電瓶車受到廣泛的關(guān)注。據(jù)調(diào)查目前國(guó)內(nèi)電瓶車使用量仍有繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，隨著電瓶車數(shù)量的增多，電瓶車的充電也是一個(gè)問(wèn)題。小區(qū)電瓶車充電大多數(shù)采用投幣式和時(shí)間計(jì)費(fèi)方式這樣計(jì)費(fèi)方式使電瓶車用戶充電費(fèi)用過(guò)多，收費(fèi)不合理，給電瓶車用戶增加了額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

該裝置為了消除收費(fèi)不合理情況，選取用戶使用電量來(lái)進(jìn)行收費(fèi)的方法，使收費(fèi)合理，能通過(guò)SPI協(xié)議與計(jì)算機(jī)lian系將電量，電費(fèi)，充電電壓，電流等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)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(guó)內(nèi)外對(duì)電瓶車的充電進(jìn)行了大量研究，充電樁實(shí)現(xiàn)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(jì)時(shí)顯示，充電電流顯示，按充電時(shí)間投幣的功能。用戶對(duì)電能計(jì)量的要求越來(lái)越高，不僅要求智能電表計(jì)量準(zhǔn)確，性能穩(wěn)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(nèi)部電源監(jiān)測(cè)可以保證上電和斷電時(shí)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(jì)費(fèi)，大大節(jié)省用戶的充電費(fèi)用，使收費(fèi)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(jī)中儲(chǔ)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。

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(jī)小系統(tǒng)、儲(chǔ)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(guò)RN8208G單相電量計(jì)量芯片模塊將用戶所用電量采集后通過(guò)A/D裝換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的程序算法將收費(fèi)方式按照電量進(jìn)行收費(fèi)。電量使用情況可以儲(chǔ)存在TF卡中長(zhǎng)時(shí)間保存，可以供單片機(jī)讀取，將電量使用情況和電費(fèi)送到數(shù)碼管中顯示出來(lái)。用戶可以通過(guò)IC卡和投幣進(jìn)行支付。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1系統(tǒng)總體框圖

2.1硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)，系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括了電量采集計(jì)量模塊設(shè)計(jì)、支付模塊設(shè)計(jì)等，對(duì)其分別描述如下：

圖2電量采集計(jì)量模塊工作電路

（1）該裝置的電量采集計(jì)量模塊主要進(jìn)行電量的采集、計(jì)算、傳輸?shù)淖饔谩Ｔ撃K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(hào)精度時(shí)提高小信號(hào)有功精度的offset校正。大大的消除了電路內(nèi)部干擾，提高了計(jì)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(jì)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(jī)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(shí)芯片可靠工作。該電量采集計(jì)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(fèi)的的支付，以及將支付后的信息傳遞給單片機(jī)。該模塊只需要簡(jiǎn)單的操作就可以完成對(duì)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(shí)，LED出現(xiàn)低電平，上位機(jī)可以直接通過(guò)尋卡指令讀取卡片序列號(hào)，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。用戶刷卡信息直接通過(guò)單片機(jī)和上位機(jī)傳到PC里保存，便于核對(duì)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(duì)電瓶車蓄電池進(jìn)行充電。次級(jí)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(shí)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)0.1Q的采樣電阻接到地上構(gòu)成電流采樣電路。次級(jí)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(jì)

該系統(tǒng)軟件有用戶是否確認(rèn)、有無(wú)錯(cuò)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(duì)充電費(fèi)用。此軟件系統(tǒng)結(jié)合硬件系統(tǒng)可以達(dá)到省時(shí)、省電、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(jì)費(fèi)的目的，大大節(jié)省用戶的充電費(fèi)用，使收費(fèi)更加合理。對(duì)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瓶車進(jìn)入充電模式。有無(wú)錯(cuò)賬記錄判斷為了防止充電樁充電過(guò)程中出現(xiàn)計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤，給用戶造成損失。連接是否確認(rèn)判斷為了檢測(cè)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(jì)如圖5所示。

圖5軟件設(shè)計(jì)圖

（2）充電模式是否確認(rèn)判斷為了保證在不同的充電時(shí)段內(nèi)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(zhǔn)確，防止電瓶車出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，延長(zhǎng)電瓶車電池的使用壽命。其軟件設(shè)計(jì)圖如圖6所示。

圖6軟件設(shè)計(jì)圖

（3）是否充電結(jié)算判斷為了核對(duì)是否充電結(jié)算存在錯(cuò)誤，如果存在錯(cuò)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)。其軟件設(shè)計(jì)圖如圖7所示。

圖7軟件設(shè)計(jì)圖

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