基于嵌入式Linux的電動汽車交流充電樁的設計

張 琳，任鴻秋，蘇 新

（1.太原理工大學電氣與動力工程學院，山西太原030024；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，河北保定071003）

1 引言

隨著我國電動汽車產業(yè)不斷的發(fā)展，人們也逐漸關注與其相配套的充電設施產業(yè)。如果能設計很好的輔助充電設施，那么電動汽車就可以實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。通過在各個場所安裝大量的充電樁，就可以更安全和方便地為電動汽車充電。為了使充電樁的應用及管理智能化，本文設計了一種實用的電動汽車交流充電樁的設計方案，詳細闡述了其軟硬件實現(xiàn)流程。

2 電動汽車交流充電樁的功能需求分析

電動汽車交流充電樁是實現(xiàn)對電動汽車充電與控制的設施，設計時應保證充電與顧客之間可靠、方便地進行交互。同時，充電樁負責將充電過程中的數據實時地發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，以便充電站管理人員準確了解到充電信息，從而實現(xiàn)對充電的遠程監(jiān)控與控制。

電動汽車交流充電樁具有以下功能：

（1）運行可靠。充電樁可靠運行是必須首先滿足的功能，在充電樁運行過程中，局部故障不能影響整個系統(tǒng)的正常工作；充電樁設備采用模塊化結構，便于故障排除和替換；充電樁具備處理同時發(fā)生的多個事件的能力；充電樁具備防雷和抗強電磁干擾能力。

（2）數據安全。充電樁應實行操作權限管理，按工作性質對毎個操作人員賦予不同權限，系統(tǒng)登錄、操作進行權限查驗；充電樁所有重要操作，如登錄、控制、退出等，均有操作記錄，系統(tǒng)可對操作記錄進行查詢和統(tǒng)計，所有操作記錄具有不可刪除和不可更改性；網絡安全保護，保證系統(tǒng)數據和信息不被竊取和破壞；充電樁保存的重要數據，具有不可刪除和不可更改性。充電樁具有自診斷功能，對設備、網絡和軟件運行進行在線診斷，發(fā)現(xiàn)故障，能顯示告警信息；自動生成系統(tǒng)運行日志，可查詢及以報表方式打印輸出。

（3）直觀清晰的人機交互界面。充電樁應具備直觀清晰的操作界面，方便用戶進行充電操作。充電樁采用全中文圖形化界面；提供對系統(tǒng)操作的在線中文幫助，用戶根據幫助指示就可以實現(xiàn)自助充電；充電樁可以顯示運行工況的圖形畫面和曲線圖。

（4）歷史數據查詢。用戶可以在充電樁上查詢到歷史充電數據，包括充電時間、地點以及充電電量等信息。充電樁支持以曲線的形式顯示歷史充電數據。

（5）打印數據。充電樁安裝嵌入式打印機，可以打印充電報表；系統(tǒng)可提供操作記錄事項打印，可實時或召喚打印系統(tǒng)事項記錄。

（6）計量計費。充電樁可以根據從電能表上提取的電量信息計算出用戶充電消費的金額。充電樁采用復費率電能表，并根據國家費率電價規(guī)定，計算出總費用，同時還將數據進行保存?zhèn)浞荩l(fā)送到后臺進行實習監(jiān)控。

（7）系統(tǒng)對時。充電樁可以接受GPS同步時鐘對時，保證系統(tǒng)時間的一致性。

3 交流充電樁硬件構成

要想實現(xiàn)以上的功能，電動汽車交流充電樁必須有完備的硬件條件作為支撐。該充電樁的控制部分選用EP9315嵌入式ARM開發(fā)板，該開發(fā)板性能穩(wěn)定，上面提供多種數據接口，有利于電路簡化，實現(xiàn)復雜的控制功能。觸摸屏采用AT070TN83，打印機采用WH-C2嵌入式打印機，讀卡器型號是RDM-IB-MEM-N，電能表使用的是DDZY522單相費控智能電能表。同時，在硬件里還包括兩個控制從板，上面連接有繼電器，用于控制充電的啟停和夜間照明燈以及充電槍安全門。硬件電路在設計時充分考慮實現(xiàn)簡單，節(jié)約成本，而且必須保證充電樁整體性能的穩(wěn)定。

4 控制軟件設計

電動汽車交流充電樁的控制軟件采用嵌入式圖形界面開發(fā)工具Q進行開發(fā)，Qt是一個全面的C++應用程序開發(fā)框架，其核心代碼都是用C++語言寫的，QT的開發(fā)也需要用到C++。Qt包含一個類庫和用于跨平臺開發(fā)及國際化的工具。

系統(tǒng)首先需要設計人機交互界面的開發(fā)流程，流程圖如圖2所示。

圖1 充電樁系統(tǒng)硬件結構框圖

圖2 人機交互界面的開發(fā)流程

主函數的編寫是控制程序的關鍵部分，主函數是運行應用程序的一個入口點，是對主窗口的設置和整體程序的管理。

圖3 充電樁界面的顯示結果

最后的實驗結果如圖3所示。

5 結束語

本文首先提出了電動汽車交流充電樁的功能需求，根據功能需求設計了充電樁硬件配置，給出了完整的硬件連接圖，最后設計了充電樁終端主界面程序，通過對程序的反復調試，證明該程序可實現(xiàn)在Linux系統(tǒng)上對多功能電能表的數據采集并為顧客提供直觀的數據顯示，為后續(xù)的電動汽車交流充電樁的設計與研制奠定了基礎。

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