基于FPGA的串口屏方案應用

本文主要介紹一個基于串口屏、MO單片機、微打模塊、讀卡模塊的充電樁應用方案。此方案模擬了真實充電樁的絕大部分功能，通過使用本方案，設備制造商便能在短周期內完成整個充電樁的設計，迅速占領市場并取得成功。

如今，環保問題越來越受重視，低碳時代已經來臨，電動車的數量與日俱增，充電問題急需解決，充電樁應運而生。充電樁主要用于給電動車充電，具有操作簡單，充電高效，使用方便等特點，在為電動車的用戶帶來便捷服務的同時也可以降低電動車的使用成本，有利于促進電動車行業的發展。一般充電樁主要安放在路邊、停車場、居民小區、小型服務網點等，圖1所示是一名電動車用戶正在刷卡。

1 概述

(1)方案比較

現有的充電樁控制方案大多是基于ARM架構的，處理器上運行操作系統，通過以太網和充電管理的服務器連接在一起。由于充電樁部分所需要完成的功能較少，主要包括數據采集，充電控制，計價結算，數據傳送，參數設置。憑條打印等，所以采用一片MO單片機作為主控制器足以實現這些功能，同時可以降低系統成本。系統還使用了串口顯示終端，非接觸式刷卡模塊和微打模塊。本應用方案系統所具備的優勢如下：

·采用智能顯示終端，支持觸碰功能，真彩顯示，輕松實現人機交互：

·非接觸刷卡，操作更簡便，支持CPU卡，使用更安全：

·系統功能模塊相對獨立，接口簡單，便于后續維護；

·整個系統工作溫度范圍寬，系統功耗低，能適應惡劣的工作環境：

·在保證系統性能和可靠性的前提下，該方案成本更低，更具市場競爭力。

(2)功能概述

電動汽車的出現打破了以往汽車都依賴于燃料的格局，隨著電動車的增多，充電樁的安裝也隨之增多。在本充電樁方案的系統中，用戶可以通過簡約美觀的人機接口獲得快捷高效的充電服務。針對不同的充電用戶需要，系統提供不同的充電模式可供選擇，充電開始后相關的參數會實時顯示和更新，讓充電過程更加直觀，使用戶使用的更加放心。充電過程結束時系統會提示用戶打印憑條，系統會根據用戶選擇為用戶打印詳細的消費信息。

本充系統可以模擬應用充電樁的絕大部分功能。主要功能包括：

·使用卡開始/結束充電，支持不接觸刷卡，具備卡的基本管理功能：

·使用觸摸屏操作，界面美觀，支持人性化的提示信息，信息輸入準確快捷：

·根據充電需求，系統提供多種充電模式可供用戶選擇：

·充電過程中實時顯示用戶ID、充電電量、電量單價、充電時長、消費金額和用戶余額等充電信息：

·模擬自動檢測充電設備電量，充電時電量進度條動態顯示充電完成百分比，充滿電后系統自動停止扣費：

·消費憑條打印功能：

·系統自檢功能，可以有效幫助工作人員解決系統使用過程中出現的問題。

(3)系統框圖

本充電樁系統中主要包含了顯示部分(人機接口部分)、主控制器、讀卡模塊、微型打印機部分，結構框圖如圖2所示。整個系統中各個功能模塊之間的通信都通過串口來實現。

2 功能模塊介紹

本充電樁方案的系統組成如圖2所示，總共包含4個功能模塊，分別是串口屏、讀卡模塊、控制模塊、微打模塊。接下來會著重介紹串口屏的工作原理，這是本設計的亮點之一，同時也展示了一種用FPGA來驅動液晶的方法。

(1)串口屏

該模塊屬于智能顯示終端，支持專用的HMI指令集，通過串口進行通信，帶觸碰功能，可以為各種MCU的TFT驅動顯示提供良好的解決方案。該顯示終端功能強大、液晶顯示部分主要采用FPGA來驅動，整個串口屏的結構如圖3所示。

FPGA內部包含了MCu接口控制模塊、指令仲裁模塊、SRAM控制器、Nand Flash控制器、LCD時序建立模塊以及多個FIFO控制器，相互關系如圖4所示。串口屏的液晶控制信號由LCD時序建立模塊生成，MCU接口控制模塊為外部提供了顯示控制接口，外接的Nand Flash實現了用戶數據(包括圖片和字庫等)存儲，SRAM配合SRAM控制器實現了FIFO數據緩沖和顯示存儲功能。

使用FPGA驅動液晶的好處在于FPGA具有控制靈活的特點，可以實現專用液晶驅動芯片無法實現的強大功能，基于FLASH架構的FPGA在控制方面有其獨到的優勢，而且成本也不高。

(2)TinyM0-CAN

在本方案中該模塊起了主控作用，通過3路串口和另外3個功能模塊進行通信，控制和協調各個功能模塊的工作，該模塊的核心是LPCI100系列的一款集成ARM Cortex-MO內核的高性價比MCU。

(3)微打模塊

本方案中系統采用熱敏微打控制模塊ZYTP58和微打機芯ZTP486F構建了本方案的打印功能部件，主要用于打印充電樁模擬充電完成后用戶的消費信息。

(4)讀卡模塊

該方案中系統采用的讀卡模塊ZLG522S/LT工作電壓為3.3V，基于13.56MHz頻率，可通過I2C或UART接口和主控制器進行通訊，符合IS014443標準，可支持多種卡的讀寫操作，讀卡距離大于5cm，能接雙天線，具有易用、可靠、多樣和體積小等特點。

3 市場應用

隨著政府對替代能源汽車發展的大力支持，電動車技術的日趨成熟，國民環保意識的增強，上路的電動車的數量越來越多，這就意味著要安放更多的充電樁才能滿足電動車用戶充電的需求，同時對充電樁的工作性能也有越來越高的要求。本文介紹的充電樁解決方案具有系統成本低，可靠性高等優點，在充電樁控制方面具有很大的市場競爭優勢，可以為高性能充電樁設計提供一個理想的解決方案。

4 小結

本文主要介紹了一個充電樁解決方案。敬請關注周立功公司的網站www.zlgmcu.com以獲得更多的信息。我們有著一個接近30人的FPGA團隊提供強有力的售后服務和技術支持，解決用戶在產品使用和研發過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯系，我們將會竭誠為您服務，并請關注下期的FPGA專題技術講座。