CN107544335A - 基于k64单片机和mqx操作***的交流充电桩控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，包括主控板、信号接口板、电源板、母板和机箱，主控板上还设置USB接口、CAN接口、RS485接口、以太网接口、多种无线通讯板接口、以及人机交互板接口。该控制器在器件选型方面，选用工业常用稳定可靠的大厂芯片等，在原理及PCB设计方面，针对EMC和可靠性等问题进行多方位的优化，确保了该控制器在上述问题做了很大改善，功能及可靠性方面大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车使用的充电桩，特别是一种基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器。
背景技术
在给电动汽车充电过程中，特别是充电桩对充电电源供电控制、充电电流的监测与调节、过温保护、过载保护、短路保护等安全监测和告警功能、以及其它非正常操作都需要能够及时处理，避免造成损失，因此充电桩控制器在可靠性、实时性、测量精度方面都有很高的要求。
目前，国内的充电桩控制器设计中，一般采用多模块多CPU集成方式，使得软件复杂，实时性差，功耗大，很难满足国标GB/T 18487和GB/T 27930的要求。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种检测精度高、计算速度快、功能多、可靠性高的交流充电桩控制器。
本发明的目的是以下述方式实现的：
基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，包括主控板，主控板上连接有信号接口板和电源板，主控板、信号接口板、电源板均插接在母板上，主控板上还设置USB接口、CAN接口、RS485接口、以太网接口、无线通讯板接口、以及人机交互板接口，无线通信板接口上连接有无线通信板，人机交互板接口上连接有人机交互板。
所述无线通信板包括GPRS接口板、4G接口板、WIFI接口板、蓝牙接口板、NB-IoT接口板、LoRa接口板、以及ZigBee接口板中的至多三个板。
所述电源板连接外部AC220V电源后，为主控板、电源板、信号接口板等供电。
所述信号接口板上设置有多种I/O接口。
所述人机交互板上设置有电量/金额显示器、状态指示灯、选择按键、读卡器、扬声器。
还包括箱体，箱体内设置母板，母板上设置有四个欧式插槽，用来连接主控板、信号接口板和电源板，其中信号接口板可配置一块或两块，实现两枪充电控制器或四枪充电控制器。
相对于现有技术，本发明选用工业常用稳定可靠的大厂芯片，在原理及PCB设计方面，针对EMC等可靠性问题进行多方位的优化，再经过批量生产和大量试验进行验证，确保了该板在上述问题做了很大改善，功能及可靠性方面大幅度提高。并且，因为电路设计集成度高，还有同时可供两台或四台车充电的设计，使得每充电枪的平均成本大大降低，非常适合在现实生活中，尤其是大面积充电站或停车场推广应用。
附图说明
图1是本发明的硬件连接示意图。
图2是本发明的外接信号定义图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，包括主控板、信号接口板、电源板、母板和机箱，主控板上连接有信号接口板和电源板，主控板、信号接口板、电源板均插接在母板上。主控板上还设置USB接口、CAN接口、RS485接口、以太网接口、多种无线通讯板接口、以及人机交互板接口(如图2所示MMI)。主控板、信号接口板、电源板通过欧式插针可靠的连接在母板上，并通过母板互连。无线通讯板固定在主控板上，和主控板一起放置于机箱内部。人机交互板在机箱外部放置，装在充电桩的前面板上，人机交互板和无线通信板均与主控板通信连接。
无线通信板包括GPRS接口板、4G接口板、WIFI接口板、蓝牙接口板、NB-IoT接口板、LoRa接口板、以及ZigBee接口板，可根据不同的情况采用一到三种无线通讯板，用做充电桩与充电桩连接互相通讯、或连接Internet网络与后台管理软件通讯、或与用户手机通信等。
电源板连接外部电源的AC220V后，对电源进行转换，为主控板、信号接口板等用电设备供电。
信号接口板上设置有多个I/O接口用于外部检测、控制功能的使用；包括充电过程控制接口、充电状态检测接口、以及其他辅助信号监控接口,如停车位信息检测和指示控制、防雷模块状态采集等。每块信号接口板可以实现两把充电枪控制，本发明可以配置两块信号接口板，实现四把充电枪控制，给四台车同时充电。
人机交互板用于用户操作和信息显示，设置有电量显示器、金额显示器、操作步骤指示灯、故障指示灯、充电状态指示灯、选枪按键等，还设置有读卡器用于付费操作，扬声器用作语音提示等，便于操作。
主控板为控制器核心部件，其中主控芯片采用飞思卡尔K64处理器，基于ARMCortex M4核，主频可达120MHz；1MB闪存，256KB RAM；带以太网、USB、CAN、I2C、I2S及多路SPI和UART，易于扩展。主控芯片编程使用的操作***采用飞思卡尔的面向工业控制领域的MQX嵌入式实时操作***，支持多任务、可抢占调度，支持快速中断响应，支持多种同步机制。
主控板上设置有用于进行基于CAN的数据通信的CAN接口；用于进行RS485通信的RS485接口；用于进行网络通信的以太网接口；用于与外部USB进行数据传输的USB数据接口。
本发明采用插板式机箱结构，箱体内设置母板，母板上通过板对板连接器连接主控板、电源板、一块或两块信号接口板。该插件式的模块化结构设计给生产维护带来极大的便利。
本发明的上述所有对外接口均采用光电隔离或磁藕隔离，保证安全性；各部分使用的电源，包括数字/模拟电源、通讯电源、PWM/CAP/IO电源、开关量输入/输出电源各自独立，由电源板通过AC220V转换提供，在传输给各板，使各部分电路最大限度的相互隔离,特别是使强干扰信号与数字部分隔离,提高***可靠性。该板在防静电、浪涌等干扰，电磁兼容，以及低功耗等方面也做了许多措施，使***更加稳定可靠。
本发明的工作过程：
本发明的充电桩在工作时，用户通过人机交互板确定充电桩正常可用，然后将需要充电的设备插在信号接口板上后，通过人机交互板显示当前设备的电量，然后用户通过人机交互板输入需要充的电量并进行付款，并通过人机交互板发送开始充电的信号，主控板接收到信号后，开始充电，充电的电源通过电源板输入并转换后，通过充电信号接口进行充电。充电过程中，无线通信板将充电信息发送给后台管理软件和用户手机，可实时监控充电过程。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：包括主控板，主控板上连接有信号接口板和电源板，主控板、信号接口板、电源板均插接在母板上，主控板上还设置USB接口、CAN接口、RS485接口、以太网接口、无线通讯板接口、以及人机交互板接口，无线通信板接口上连接有无线通信板，人机交互板接口上连接有人机交互板。
2.根据权利要求1所述的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：所述无线通信板包括GPRS接口板、4G接口板、WIFI接口板、蓝牙接口板、NB-IoT接口板、LoRa接口板、以及ZigBee接口板中的至多三个板。
3.根据权利要求1所述的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：所述电源板连接外部AC220V电源后，为主控板、电源板、信号接口板等供电。
4.根据权利要求1所述的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：所述信号接口板上设置有多种I/O接口。
5.根据权利要求1所述的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：所述人机交互板上设置有电量/金额显示器、状态指示灯、选择按键、读卡器、扬声器。
6.根据权利要求1所述的基于K64单片机和MQX操作***的交流充电桩控制器，其特征在于：还包括箱体，箱体内设置母板，母板上设置有四个欧式插槽，用来连接主控板、信号接口板和电源板，其中信号接口板可配置一块或两块，实现两枪充电控制器或四枪充电控制器。
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2017
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