CN202615500U - 基于电力线载波的电动车充电收费装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电力线载波的电动车充电收费装置，其特征是：该***包括主站管理***、数据集中器、充电终端，主站管理***通过网线或者GPRS与数据集中器相连，进行有线和无线的数据通信，数据集中器通过三相电力线与充电终端进行连接。该收费充电***具有实时监控、实时采集数据、电能计量等功能。用户使用本实用新型设计的收费充电***可选择刷卡、投币和现金消费，同时还可选择按时和按电量两种消费方式，大大提高了***的实时性、灵活性和安全性。

Description

基于电力线载波的电动车充电收费装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体是基于电力线载波的电动车充电收费装置。

背景技术

随着电动车的普及，电动车充电与日常管理问题就日益突出。小区尤其是高层电动车用户充电难的问题，不得不让车主为了给电动车充电，要么从自家窗口扔下一根很长的临时电源，要么得把电瓶取下来抬回家充电。这些举措既耗时耗力又不安全，而且还影响小区或者市区的美观。

近些年，为了解决电动车充电难的问题，市面上出现了一些电动车收费充电***，它通过相应管理软件对IC卡进行发卡、充值，用户将IC卡在电源控制器上刷卡或者通过投硬币便能控制电源输出时间。另外，市面上也出现了一些可移动充电站，具有可移动性好等功能，但这些充电收费***不具有实时通信的功能，充电的用电信息无法实时传输、管理员也无法实时控制充电设备，而且用户在消费时也无法知道电压、电流以及所消耗的电量等用电信息，再有就是这些电动车收费充电装置的充电收费只可以按时收费而不可以按消耗的电量收费等。现有电动车收费充电***在安全性、实时性和灵活性等均存在明显的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是公开一种基于低压电力线载波通信的电动车收费充电装置。该充电收费装置具有实时监控、实时采集数据、电能计量等功能。用户使用本实用新型设计的充电收费装置可选择刷卡、投币和现金消费，同时还可选择按时和按电量两种消费方式，大大提高了***的实时性、灵活性和安全性。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的电动车收费充电装置包括主站管理***、数据集中器、充电终端。主站管理***通过网线或者GPRS与数据集中器相连，进行有线和无线的数据通信，而数据集中器则通过三相电力线与充电终端进行连接，实现电力线载波通信。

其中（1）主站管理***包括数据服务器、PC机、IC卡充值机和打印机。数据服务器通过网线与PC机相连接；IC卡充值机通过USB接口或者IC卡充值机专用数据线与PC机相连接；打印机则通过USB打印连接线和并口打印连接线与PC机相连接。主站管理***主要实现的功能有：数据采集功能、数据管理功能、远程控制功能、负荷分析和预测、异常用电分析、电能质量数据统计、维护及故障记录、远程升级功能、IC卡充值服务、打印服务。

所述的数据服务器是用来存储电动车收费充电***的相关数据；

所述的PC机是为管理者提供各种管理界面以及其他服务；

所述的IC卡充值机则是为用户提供IC卡充值服务；

所述的打印机是打印各种用电信息和现金消费使用密码等。

（2）数据集中器包括电源模块、可充电电池模块、载波收发模块、GPRS模块、以太网模块、RS485模块、计量模块、数据存储模块、LCD显示屏、设置按键、红外收发模块、USB模块、MCU、声光报警、安全模块。各模块都与MCU相连接，各模块当中以太网模块和GPRS模块另一接口还与主站管理***相连，分别进行有线和无线的数据通信，另外载波收发模块、计量模块和电源模块的另一接口则与电力线进行连接，分别实现电源供应和与充电终端数据通信。数据集中器主要实现的功能有：通讯功能、级联功能、智能主动上报、参数设置功能、数据抄读功能、测量点状态及告警事件、重点充电设备用电监测功能、自动线损分析功能、数据采集和处理、数据补抄、报警功能、自诊断和异常信息记录功能、远程控制功能、远程和现场升级功能、日线损计算功能。

所述的电源模块， 主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给集中器的各个模块。

所述的可充电电池模块是当连接集中器的电力线没电时，可充电电池能够向集中器的各个模块提供相应的电压，以让数据集中器在电力线没电的情况下仍然能够正常工作。

所述的GPRS模块和以太网模块，为数据集中器与主站管理***提供了两种互相通信的方式，提高了数据集中器与主站管理***通信的灵活性。

所述的RS485模块，它能够以RS485的通信方式与其他支持RS485的设备进行通信。对于数据集中器它是作为数据集中器与充电终端预留的一种的通信方式接口，它是以级联的方式与充电终端进行连接。对于本实用新型，它为数据集中器和充电终端的通信提供了电力线和RS485不同的通信方式，提高了本实用新型的灵活性。

所述的计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的LCD显示屏与MCU连接，其可显示数据集中器的测量点数据、参数设置与查看、终端管理与维护等界面。

所述的设置按键有六个，其中四个是用来设置左、右、上、下，另外两个是用来设置确认和取消。设置按键可用于设置集中器的通信方式，查询充电终端的用电信息，测量点数据显示，参数设置与查看以及终端管理与维护等。

所述的数据储存模块，是存储数据集中器采集和处理充电终端得到用电量信息，历史情况以及程序运行时所需要的数据等。

所述的红外收发模块，是用于与管理者手持红外收发器进行红外无线通信，以方便管理者与集中器进行数据交流、对集中器进行现场维护等。

所述的USB模块，是用于接入支持USB的移动存储器。通过USB模块，管理者只需将手持移动存储器***USB接口，就可以拷贝数据集中器的数据。

所述的MCU采用的是内嵌ARM9的芯片，它是数据集中器的核心，负责对各个模块传送来的数据进行处理。

所述的声光警报，是当数据集中器工作异常时，则发出声光报警。

所述的安全模块，是当集中器的程序开始时，通过DES加密算法，得到临时密钥和认证密钥，如果两者相等，则程序往下运行，不等则停止运行，这样就防止集中器的版权被无偿盗用，起到安全保密的作用。

（3）充电终端包括电源模块、计量模块、射频读写模块、MCU、LCD显示、投币检测模块、设置按键、载波收发模块、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块、声光警报、万能输出模块。除了万能输出模块与双向继电器驱动模块相连接，实现电源输出外，各模块都与MCU相连接，各模块当中载波收发模块、计量模块和电源模块的另一接口则与电力线进行连接，分别实现电源供应和与数据集中器的数据通信。充电终端主要实现的功能有：通信功能、计量功能、计时功能、测量及监测、事件记录、显示功能、报警功能、冻结功能、脉冲输出、读写IC卡功能、投币功能、合闸控制、电压输出。

所述的电源模块， 主要由AC转DC电路和各种稳压器组成，它能够输出不同的电压，以提供相应的电源给充电终端的各个模块。

所述的计量模块可对电力线的电压、电流、功率、用电量、功率因数等数据进行测量，并把这些测量出来的数据转化为数字信号，这些数字信号保存在计量芯片内部的寄存器中，MCU通过SPI接口可对这些寄存器进行读或者写操作。

所述的射频读写模块，是用于读写用户的射频卡，当射频卡靠近射频读写模块时，射频读写模块便会产生相应的信号，MCU接收到这些信号后，便让万能输出模块输出电压，完成刷卡充电消费的功能。

所述的LCD显示屏与MCU连接，其可显示充电终端的刷卡、投币、倒计时时间、用电量、警告等各种情况信息。

所述的投币检测模块，是用于检测用户的投币情况，当用户投币时，投币检测模块能够根据投币情况产生相应的投币信号，MCU接收到投币信号后，便让万能输出模块输出电压，完成投币充电消费的功能。

所述的设置按键有十二个，分别为0~9十个数字键，以及一个确认键和一个取消键。数字键主要用于设置现金消费密码，确认和取消键主要用于完成确认、取消和返回等操作。

所述的数据储存模块，是存储充电终端的用电量信息以及程序运行时所需要的数据等。

所述的声光警报，是当充电终端投币、刷卡或者密码输入错误时，发出警报声与LED闪烁，或者是当充电终端的工作电流超过设定的上限值时，发出急速的警报声与LED快速闪烁，并且通过MCU控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器，使万能输出线断电。

所述的MCU是一款内嵌增强型8051兼容微处理，内置扩频通信调制/解调电路、可数字频率校正的实时钟、两个可灵活配置的全双工多功能UART 、E2PROM（电可擦除/可编程）程序存储器以及E2PROM（电可擦除/可编程）数据存储器。

所述的万能输出模块，是内部集成了AC转DC电路，以及各种稳压器。它能够输出多种不同的直流电压，同时也可以输出交流电压。这种多样化的电压输出，大大满足了不同电动车的充电电压的要求，扩大了本实用新型的使用范围。

在数据集中器的参与下，主站管理***、数据集中器和充电终端之间可以互相通信，交换信息，其起到了主站管理***和充电终端之间通信桥梁的作用。***工作时，主要分为3种工作方式，第1种工作方式是主站管理***往数据集中器发信息；第2种工作方式是数据集中器往主站管理***或者充电终端发信息；第3种工作方式是充电终端往数据集中器发信息。

第1种工作方式：主站管理***PC机通过网线或者GPRS给数据集中器发送数据帧，集中器接收并解析PC机发来的数据帧，如果PC机发来的数据帧是要读取充电终端的相关信息或者控制充电终端，则集中器就通过其载波收发模块把集中器接收并解析PC机发来的数据帧通过电力线载波传送到充电终端，充电终端接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作，集中器接受到充电终端返回的数据帧后，便通过网线或者GPRS模块发送给主站管理***相对应的数据帧。

第2种工作方式：则是与第1种情况刚好相反，即充电终端接受到外界信号时（如用户刷卡，投币等），则充电终端通过电力线给数据集中器发送相应的数据帧，集中器接收并解析充电终端发来的数据帧，如果充电终端发来的数据帧是要读取主站管理***的相关信息，则集中器就通过其载波收发模块接收并解析充电终端发来的数据帧，并通过网线或者GPRS模块发送到主站管理***，主站管理***接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。 

第3种工作方式：集中器接受到外界信号时（如按键控制，红外接收等），则集中器通过电力线或者网线、GPRS模块给充电终端或者主站管理***发送相应的数据帧，充电终端或者主站管理***接收并解析集中器发来的数据帧，根据数据帧的相关指令，返回相对应的数据帧或者执行相应的操作。

本实用新型的电动车收费充电***的有益效果是：

一、        采用电力线为传输媒介，不需额外投资，维护方便。利用电力载波通信技术使电动车收费充电装置具备双向通信功能，使充电终端可组网工作。

二、        具有电量、电流、电压、功率、功率因数、计时等计量参数并可在LCD显示，方便用户了解电动车收费充电的用电信息和用时情况。

三、        用户可以选择按时消费、按电量消费。

四、        具有自动控制和警报功能。当电动车充电设备电流过大时可自动断电和发出警报功能，保护充电设备。

五、        用户可以选择***、投币消费、以及现金消费。刷卡和投币在充电终端实现，现金消费只需要在主站管理***终端缴纳现金，获取密码即可。

六、        本实用新型可广泛应用于小区、机关单位、公司、学校、市区等场所。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构框图；

图2是本实用新型主站管理***的主程序工作流程图；

图3是本实用新型数据集中器的主程序工作流程图；

图4是本实用新型充电终端的主程序工作流程图；

图5是本实用新型使用的一种实施方式。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见附图1，本实用新型电动车收费充电装置包括主站管理***、数据集中器和充电终端。其中主站管理***通过网线或者GPRS与数据集中器相连，进行有线和无线的数据通信，而数据集中器则通过三相电力线与充电终端进行连接，实现电力线载波通信。现以具体实例进行详细说明。对于充电终端，当出现以下三种情况：射频读写模块接收到用户刷卡信息、投币检测模块接收到用户投币信息、按键输入现金消费密码信息，MCU便接收这三种情况的信息，MCU根据刷卡、投币、输入现金消费密码情况得出相应的控制信号。若刷卡、投币、现金消费输入密码情况正常，则MCU向LCD发送相应信息，通过LCD显示刷卡、投币、倒计时时间等情况，同时打开双向继电器，使万能输出模块的多条输出线上输出各种不同电压，以方便不同电动车的充电电压需求。如果刷卡、投币、现金消费密码输入等情况异常，则声光报警模块发出警报信号，并通过LCD显示错误信息。当万能输出模块输出电压时，计量模块对万能输出模块上的电压、电流、功率、电量等用电信息转换为数字信号，这些数字信号通过SPI接口传送给MCU，如果此时万能输出模块的工作电流超过设定的上限值，则声光报警模块发出急速的警报声与LED快速闪烁，并且LCD显示相应警告信息，同时MCU控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器，使万能输出模块断电。如果万能输出模块的工作电流正常，则MCU向LCD发送相应信息，通过LCD显示用电信息等情况。在完成上述控制的同时充电终端的MCU向其载波收发模块发送（接收）相应的载波信号，载波收发模块再通过电力线向数据集中器发送（接收）载波信号，载波信号的收发都是以数据帧的格式进行。对于数据集中器，其载波收发模块从充电终端接收（发送）载波信号时，其MCU对接收（发送）的载波信息进行解析（封装），并通过以太网模块或者GPRS模块向主站管理***发送（接收）数据包。对于主站管理***，当其PC机的以太网模块或者GPRS模块接收集中器发送来的数据包或者发送数据包给集中器时，PC机根据接收（发送）的数据包信息做出相对应的处理，并更新数据服务器的数据，同时通过PC机的充电管理软件实时显示各个充电终端的用电信息和使用情况等，从而达到实时监控，远程控制的目的。

图2是本实用新型的主站管理***的主程序工作流程图。在步骤S201程序开始，接着执行步骤S202***及各模块初始化；初始化完之后，执行步骤S203***有异常情况吗，如果有执行步骤S204异常处理，如果没有则执行步骤S205***各任务，这是由于程序以模块化进行设计，主程序只需等待任务的到来，当任务到来时执行相应的操作，使得程序简洁以及实时性更加强，根据不同的任务可执行数据收发处理、命令处理、数据存储、控制处理、打印任务处理、射频卡充值处理。

图3是本实用新型的数据集中器的主程序工作流程图。在步骤S301程序开始，接着执行步骤S302打印产品信息，打印产品信息之后执行步骤S303读取参数并对各参数做处理，接着执行步骤S304***及各个模块初始化，初始化完成后，***执行步骤S305 LCD显示，接着执行步骤S306***有异常情况吗，如果有则执行步骤S307异常处理程序，即判断是那些情况出现异常，记录相应的情况,并对其进行处理。接着执行步骤S308读取***时间，读取完之后执行步骤S309读取***时间成功吗？如果否则执行步骤S310出错报警，如果是则执行步骤S311打印***时间，接着程序执行步骤S312等待集中器任务的到来，由于该程序是在嵌入式LINUX操作***之下运行的，以模块化进行设计，主程序只需等待任务的到来，当任务到来时执行相应的操作，使得程序简洁以及实时性更加强，根据不同的任务可执行掉电充电处理、报警处理、GPRS处理、USB处理、数据存储、按键处理、串口处理、载波收发处理、控制处理、红外收发处理、以太网处理、计量处理。

图4是本实用新型的充电终端的主程序工作流程图。在步骤S401程序开始，接着程序执行步骤S402***及各个模块初始化，接着执行步骤S403读取时间和计量参数，然后程序执行步骤S404 LCD显示，当上述初始化以及LCD显示相关信息完成之后，执行步骤S405有异常情况吗？如果有则执行步骤S406异常处理，即程序检查相应的异常情况，判断是那些异常情况出现，并对异常情况进行相应的处理；由于该程序是也是以模块化进行设计，主程序只需等待任务的到来，如果任务到来，则执行相应的操作，所以如果无异常情况，则主程序则执行步骤S407等待充电终端任务的到来，根据不同的任务可执行数据存储、报警处理、按键处理、载波收发处理、控制处理、红外收发处理、投币处理、射频读写处理。

图5是本实用新型电动车收费充电装置的一种具体的实施方式，把主站管理***通过网线或者GPRS与数据集中器相连通，数据集中器则与三相四线制的电力线相连，也可以只连一相，如果只连一相，则电动车收费充电***只能与连接该相的充电终端通信。完成上述连接之后，接着从A、B、C相电力线引出多个分线箱，在各个分线箱中又可以引出多条同相的电力线，再合理分配各个分线箱中的电力线连接到各个充电终端。接着通过充电终端的万能输出模块的多条输出线中的其中一条与电动车的充电电压相符的输出线与电动车接口相连，电动车便可以进行充电。数据集中器上的计量模块，它可以分别对A、B、C相电力线的总电流、总用电量等用电信息进行计量，即可计量接在同一相电力线的各个充电终端总电流、总用电量，而且数据集中器还可以对重点充电终端的充电设备用电情况进行实时监控，大大提高了电动车充电收费***的安全性。

Claims (4)

1.一种基于电力线载波的电动车充电收费装置，其特征是：该装置包括主站管理***、数据集中器、充电终端，主站管理***通过网线或者GPRS与数据集中器相连，进行有线和无线的数据通信，数据集中器通过三相电力线与充电终端进行连接。

2.根据权利要求1所述的电动车充电收费装置，其特征是：所述的主站管理***包括数据服务器、PC机、IC卡充值机和打印机，数据服务器通过网线与PC机相连接；IC卡充值机通过USB接口或者IC卡充值机专用数据线与PC机相连接；打印机则通过USB打印连接线和并口打印连接线与PC机相连接。

3.根据权利要求1所述的电动车充电收费装置，其特征是：所述的数据集中器包括电源模块、可充电电池模块、载波收发模块、GPRS模块、以太网模块、RS485模块、计量模块、数据存储模块、LCD显示屏、设置按键、红外收发模块、USB模块、MCU、声光报警和安全模块，各模块与MCU相连接，各模块当中以太网模块和GPRS模块另一接口与主站管理***相连，分别进行有线和无线的数据通信，载波收发模块、计量模块和电源模块的另一接口与电力线进行连接。

4.根据权利要求1所述的电动车充电收费装置，其特征是：所述的充电终端包括电源模块、计量模块、射频读写模块、MCU、LCD显示、投币检测模块、设置按键、载波收发模块、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块、声光警报和万能输出模块，除了万能输出模块与双向继电器驱动模块相连接，实现电源输出外，各模块都与MCU相连接，各模块中的载波收发模块、计量模块和电源模块的另一接口与电力线进行连接。

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