CN206194020U - 一种基于arm的直流充电桩计费控制*** - Google Patents

一种基于arm的直流充电桩计费控制*** Download PDF

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徐晓刚
李江全
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Abstract

本实用新型专利是一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，主要能实现充电控制、计费控制、短信发送、掉电存储等功能。它主要包括ARM计费控制主板、电源模块、保护电路、智能电表、IC卡读卡器、整流器、充电接口、PWM模块、继电器、存储卡、微型打印机、触摸屏、掉电存储模块、GPRS短信模块。其功能特点在于：相比于市场上现有的部分直流充电桩，设计中增加了GPRS短信发送和掉电存储功能。本实用新型的目的是提出一种满足大型电动汽车快速充电需求的计费控制***，操作既方便快捷、又能提高充电桩计费控制的智能化水平。

Description

一种基于ARM的直流充电桩计费控制***
技术领域
一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，属于电动汽车智能充电设备领域。
背景技术
充电桩是电动汽车充电***中最重要的设施，随着我国电动汽车国家标准和优惠政策出台、以及电动汽车充电桩和充电技术的进步，我国电动汽车市场的发展潜力巨大，当前保有量已经超过百万，发展速度非常快，据统计，仅2016年上半年，全国已建成公共充电桩8.1万个，私人充电桩2.5万个，但是市场上现有的充电桩充电效率不高和充电计费控制不够智能化，为解决现有充电桩的不足，本实用新型设计了以ARM处理器为核心的直流充电桩计费控制***，可以安全、方便、快速、高效地为电动汽车充电。
电动汽车充电桩为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车产业的重要基础支撑***，研究电动汽车充电桩的相关技术问题，是一项对促进电动汽车产业化具有重要意义的工作。虽然电动汽车充电桩的发展水平取得了很大提升但距全面推广仍然存在很多问题，其中充电桩计费控制***的智能化提升就是其中的关键问题之一。
发明内容
本实用新型专利要解决的关键问题是：在充电桩计费控制***中增加GPRS短信模块，把实时充电计费信息通过短信发送至用户手机，使用户可以获知自己的消费信息。
本实用新型解决其关键问题所采用的技术方案是：该电动汽车充电桩计费控制***的设计，先对充电桩计费控制***的功能进行需求分析、拟定研究路线并论证，接着对***架构设计（分为硬件电路设计和软件编程），和硬件电路设计（包括微处理器、电源模块、***电路），之后依次进行控制***整合、安装测试，测试是否能达到计费控制***的功能要求。
优选的，所述的微处理器通过RS232接口、RS485接口、以太网等与***硬件设备相连。
微处理器，与***设备相连，组成充电桩计费控制***，主要实现充电智能控制、充电计量、刷卡付费、短信发送等功能。
智能电表，电能的计量采集是ARM控制主板通过RS485接口与智能电表进行通信来获取电能数据的，运用IC 卡读写技术，通过卡座与计费控制单元的主控模块通信, 以及设计的结算方案来进行交易结算。
GPRS短信模块，ARM控制主板通过RS232接口与GPRS模块的HDL-BUS2相连，GPRS短信模块配备标准SIM卡，采用HDL-BUS2交换机功能的TCP/IP接口。
后台计算机，ARM控制主板与后台计算机通过以太网通信，计费控制***在ARM控制主板和后台计算机上均需要运行相关通信控制程序。
本实用新型的主要研究内容是：1、整体控制方案设计，对充电桩计费控制***的功能进行需求分析，确定计费控制***整体控制方案的架构，包括硬件电路设计和软件编程，并选择通信方式；2、硬件子***设计，搭建计费控制***主控制器的相应***硬件子***。包括单片机主板电路设计、掉电存储模块设计、充电接口单元设计，以及主要模块选型（如：触摸显示屏、IC卡读卡器、智能交流电表、通信模块、电源模块、PWM模块等）；3、软件子***设计，采用C语言对充电桩计费控制***的单片机进行程序设计，主要包括控制器主程序、IC卡读写程序、电能采集程序、充电开关控制程序、短信息收发程序、掉电存储程序、与监控计算机通信程序等设计；4、***功能测试，搭建充电桩计费控制测试***，调试***并进行试验，测试充电桩计费控制***的刷卡付费、计量、短信实时发送、掉电存储、充电控制等功能。
本实用新型的特色是：在充电桩计费控制***中增加了GPRS短信模块，可以把实时充电计费信息通过短信发送模块发送至用户手机，使用户可以获知自己的消费信息，节省打印小票的时间、既方便又快捷。
附图说明
图1是本实用新型的计费控制***硬件***框图。
图2是本实用新型中ARM计费控制主板（1）的设计方案整体框图。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本实用新型的实施作进一步详细描述。
由图1可知，本实用新型包括ARM计费控制主板1、电源模块2、220V交流电源3、保护电路4、智能电表5、IC卡读卡器6、整流器7、充电接口8、PWM模块9、继电器10、电动汽车车载电池11、存储卡12、后台计算机13、微型打印机14、触摸屏15、掉电存储模块16、GPRS短信模块17，所述的ARM计费控制主板1分别直接与电源模块2、智能电表5、IC卡读卡器6、充电接口8、PWM模块9、存储卡12、后台计算机13、触摸屏15、掉电存储模块16、GPRS短信模块17相连，所述的微型打印机14通过RS232接口与触摸屏15相连用于实现用户消费小票打印，所述的IC卡读卡器6通过RS485接口与智能电表5相连用于实现电能等数据的计量传输，所述的GPRS短信模块17可以实现消费信息向用户手机发送的功能，所述的整流器7能把交流电转换成直流电供直流充电桩对电动汽车车载电池充电，所述的充电接口8与PWM模块9相连用于控制实现充电接口的带电状态。
由图2可知，本实用新型的ARM计费控制主板1的设计方案整体框图主要包括：处理器ARM Cortex-A8 40、蓝牙模块18、调试串口19、RS232接口20、CAN接口21、以太网接口22、GPRS接口23、RS485接口24、通信接口25、音频接口26、扩展接口27、SD卡接口28、其他设备29、电源（±12V）30、复位电路31、实时时钟32、看门狗电路33、DO（带光电隔离）34、DI（带光电隔离）35、LCD显示36、LVDS(带保护)37、采集接口38、显示接口39、DDR2 SDRAM 41、NandFlash 42。
所述的ARM计费控制主板1的处理器使用的是ARM公司生产的基于ARMv7架构的应用处理器：ARM Cortex-A8处理器。
所述的存储卡12采用的是三星公司生产的具有8Gb NAND闪存芯片的NAND 型Flash Memory存储卡。
所述的GPRS短信模块17选用的是无锡四点零物联网科技有限公司生产的物联网3G模块-UI7500。
所述的智能电表5选用的是华邦电力科技股份有限公司生产的 DTZY866C型智能电能表。
在正常工作状态下，用户持IC卡与IC卡读卡器6通信，IC卡读卡器6通过RS485通信接口把识别信息传递给处理器ARM Cortex-A8 40分析处理，处理器ARM Cortex-A8 40通过以太网与后台计算机13通信，从而判定此用户是否为合法用户，若为非法用户，触摸屏显示卡异常提示；若为合法用户，触摸屏界面显示充电提示，待用户选定充电模式，扣除预付费金额等操作后，处理器ARM Cortex-A8 40通过控制指令打开与充电接口8连接的继电器10，电源模块2提供的220V的交流电3依次经过保护电路4、智能电表5、整流器7、充电接口8、继电器10为电动汽车车载电池11充电，同时，智能电表5开始计量充电电能，触摸屏15会显示应充电电量，当前已充电电量，当前计费信息等，待充电完成后，处理器ARM Cortex-A8 40通过控制指令断开继电器10，本次充电结束。此时，触摸屏界面会出现是否需要获取本次消费信息的短信和打印本次充电消费信息的提示，用户根据实际需要进行选择即可。整个充电过程主要由以处理器ARM Cortex-A8 40为核心的计费控制***对充电设备进行自动控制。智能电表5通过RS485接口与IC卡读卡器6及充电桩的ARM计费控制主板1连接。
所述的ARM计费控制主板1的主要作用是充电控制、计费控制、继电器动作、数据采集、GPRS短信发送、掉电存储等。所述的充电控制包括在充电过程中的交直流电转换、计量计费参数控制、控制导引、充电设定等，充电保护包括输出保护、绝缘检测、自检、连接异常、电池反接等；所述的计费控制主要包括计费和收费，智能电表5读取IC卡信息，并在触摸屏15上显示、ARM计费控制主板1通过RS485接口与智能电表5进行交互，通过特定的算法读取计费信息将其转为金额，通过软件程序实现扣除用户IC卡上金额扇区储存的金额。在计费收费的过程中，ARM计费控制主板1通过RS232接口与触摸屏15通信，把智能电能表5的电流、电压、电量等信息显示在触摸屏界面上，再加上人机交互触摸屏界面上已经设置的费率，来实现对用户当次充电的计量、计费控制。
上述实施，仅是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述实施的内容加以变更或者改型为同等变化的等效实施实例。但是，凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施所做的简单修改、改型以及等同变化，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：它主要包括ARM计费控制主板（1）、电源模块（2）、220V交流电源（3）、保护电路（4）、智能电表（5）、IC卡读卡器（6）、整流器（7）、充电接口（8）、PWM模块（9）、继电器（10）、电动汽车车载电池（11）、存储卡（12）、后台计算机（13）、微型打印机（14）、触摸屏（15）、掉电存储模块（16）、GPRS短信模块（17），所述的ARM计费控制主板（1）分别直接与电源模块（2）、智能电表（5）、IC卡读卡器（6）、充电接口（8）、PWM模块（9）、存储卡（12）、后台计算机（13）、触摸屏（15）、掉电存储模块（16）、GPRS短信模块（17）相连，所述的微型打印机（14）通过RS232接口与触摸屏（15）相连用于实现用户消费小票打印，所述的IC卡读卡器（6）通过RS485接口与智能电表（5）相连用于实现电能等数据的计量传输，所述的GPRS短信模块（17）可以实现消费信息向用户手机发送的功能，所述的整流器（7）能把交流电转换成直流电供直流充电桩对电动汽车车载电池充电。
2.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：所述的ARM计费控制主板（1）的核心是使用ARM公司生产的基于ARMv7架构的应用处理器：ARMCortex-A8处理器。
3.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于： 所述的ARM计费控制主板（1）的设计方案整体框图主要包括：处理器ARM Cortex-A8（40）、蓝牙模块（18）、调试串口（19）、RS232接口（20）、CAN接口（21）、以太网接口（22）、GPRS接口（23）、RS485接口（24）、通信接口（25）、音频接口（26）、扩展接口（27）、SD卡接口（28）、其他设备（29）、电源（±12V）（30）、复位电路（31）、实时时钟（32）、看门狗电路（33）、DO（带光电隔离）（34）、DI（带光电隔离）（35）、LCD显示（36）、LVDS(带保护)（37）、采集接口（38）、显示接口（39）、DDR2 SDRAM（41）、NandFlash（42）。
4.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：所述的GPRS短信模块（17）选用的是无锡四点零物联网科技有限公司生产的物联网3G模块-UI7500，把实时充电计费信息通过短信发送至用户手机，使用户可以获知自己的消费信息。
5.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：智能电表（5）选用的是华邦电力科技股份有限公司生产的 DTZY866C型智能电能表，它能与ARM计费控制主板有效地通信实现，完成用户充电计费的功能。
6.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：存储卡（12）采用的是三星公司生产的具有8Gb NAND闪存芯片的NAND 型Flash Memory存储卡，它能实时快速存储充电桩运行过程中的各种充电参数。
7.根据权利要求项1所述的一种基于ARM的直流充电桩计费控制***，其特征在于：PWM模块（9）分别与ARM计费控制主板（1）、充电接口（8）连接，PWM是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制实现开关稳压电源输出。
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