基于GSM的電動汽車充電控制系統設計與實現*

任治 魏丹 曹景勝 郝亮（遼寧工業大學汽車與交通工程學院）

隨著我國汽車產業的迅速發展，電動汽車以其零排放和無污染等特點將是今后交通工具發展的必然趨勢。但電動汽車的充電過程時間較長，而且通常無人值守，存在一些不確定的安全隱患，諸如交流電壓過高/過低、溫度過高、電流沖擊浪涌及過載等問題[1]。因此采用先進的高科技手段實現對電動汽車充電的遠程監控有著極其重要的意義和必要性。開發了基于GSM的電動汽車充電控制系統，基于STC89C52RC單片機，使用TP4056鋰電池充電芯片進行充電控制，若充電完畢則通過GSM網絡將報告消息發送到車主手機上，極大提高了遠程監控鋰電池充電的效率，具有良好的應用前景。

1 系統總體設計

本系統使用鋰電池充電芯片進行電池充電實時檢測，在充電過程中，由微控制器單元采集有關的參數進行預判斷，得出鋰電池是否充電完畢等結果并實時顯示到12864中文液晶顯示屏上，并通過GSM網絡以短消息的方式向車主進行告知，使車主實時了解到電動汽車鋰電池充電狀態。系統總體框圖，如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統硬件電路平臺設計主要包括單片機最小系統、電源電路、鋰電池充電電路、液晶顯示電路及GSM通訊電路等各個具體功能電路。其硬件平臺框圖，如圖2所示。

電動汽車充電控制系統要求穩定性好，性價比與實時性高，考慮到系統完成的功能較多[2]，這里采用微控制器STC89C52RC單片機，該芯片基于高性能的8位CPU，允許在系統編程（ISP），因此廣泛應用在大部分嵌入式控制系統領域。STC89C52RC最小系統的電路原理圖，如圖3所示。

電源直流供電穩壓模塊的主要功能是將嵌入式系統外部高電壓轉換為內部各功能模塊供電的直流低電壓，本系統使用直流穩壓芯片AMS1117-5.0穩壓出5 V低電壓。該芯片為低壓差穩壓轉換芯片，其可在工作壓差低至1 V時輸出1 A的工作電流，具有優秀的穩壓效果[3]。電源穩壓轉換電路原理圖，如圖4所示。

本系統鋰電池充電模塊設計中使用的TP4056充電芯片是采用恒定電流和電壓進行線性充電，其SOP8微小封裝（底端附帶散熱片）與少量的外圍器件使得TP4056成為完整的單節鋰離子電池充電方案。

TP4056充電芯片內部基于PMOSFET架構和防倒充電路，因此外圍不再設計隔離二極管電路，從而使得充電電路簡單可靠。芯片通過對一個調節電阻進行設置來控制充電電流大小，而充電電壓則最高為4.2 V。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值1/10時，TP4056將自動終止充電循環[4]。當斷掉輸入電壓時，TP4056充電芯片會自動進入低功耗模式，使得鋰電池漏電流被降至3 μA。TP4056充電芯片還包括欠壓閉鎖及電池的溫度檢測等功能。該充電芯片實物圖，如圖5所示。

本系統設計采用12864中文液晶顯示器，其主要目的是為了實時顯示當前鋰電池充電狀態。當系統電源接通后，中文液晶顯示模塊顯示開發者所在的學校和學院名稱、當前鋰電池充電進度和狀態；若鋰電池處于充電過程中，則中文液晶顯示屏顯示“充電狀態：充電中…”；若鋰電池充電完畢，則中文液晶顯示屏上立即顯示“充電狀態：充電完畢，請短信告知主人！”。

12864中文液晶與STC89C52RC微控制器的接口電路原理圖，如圖6所示。

當電動汽車充電完畢后，微控制器驅動GSM模塊將報告短消息發送到車主手中，因此這里使用了一款應用比較廣泛的通信模塊SIM300手機模塊[5]。在硬件設計中，通過串口1與STC89C52RC微控制器連接，其與微控制器接口原理圖，如圖7所示。

在設計本系統硬件原理圖時，充分考慮到在以后寫軟件程序過程中的調試問題，設計了串口調試模塊電路。通過串口，可以將軟件程序中需要觀察的變量、GSM模塊返回結果及執行結果等打印到上位機軟件上，這樣可以更加充分了解軟件執行流程。

3 系統軟件設計

在本設計技術方案中，構建完系統硬件，有了系統運行的硬件基礎后，則編寫軟件代碼，本系統軟件程序包括嵌入式程序和上位機程序。嵌入式程序在系統STC89C52RC硬件執行，上位機程序則運行于電腦上。

采用由ARM公司出品的MDK V4集成開發環境，使用嵌入式C語言來編寫本系統的嵌入式程序，采用模塊化流程開發和設計，編寫了系統各個硬件初始化模塊、鋰電池充放電模塊、中文液晶顯示模塊、GSM通訊模塊及串口調試模塊等驅動程序，同時進行程序在線仿真。

由于本系統支持將電動汽車充電狀態信息發送到車主手機上，因此設計了上位機軟件，可以通過上位機軟件設置車主的手機號碼，然后通過串口將號碼傳給嵌入式硬件板保存，上位機軟件界面，如圖8所示。該系統軟硬件設計完畢并進行了聯機調試和測試，測試結果顯示該系統能很好地完成鋰電池充電信息采集，中文液晶顯示屏實時顯示當前充電狀態，若充電完畢，則發送報告短信到車主手機上提示充電完畢。系統樣機照片，如圖9所示。

4 結論

文章研究和設計了基于GSM的電動汽車充電控制系統，采用TP4056鋰電池充電芯片進行電池充電實時檢測，在充電過程中，由微控制器單元采集有關的參數進行預判斷，得出鋰電池是否充電完畢等結果并實時顯示到12864中文液晶顯示屏上，并通過GSM網絡以短消息的方式向車主進行告知，使車主實時了解到電動汽車鋰電池充放電狀態。提高了無線遠程管理電動汽車充電的效率，具有良好的應用前景。