一種電動車智能充電器的設計

裴美珍

摘要：電動車作為一種非常便捷的交通工具，已走進千家萬戶，如何權衡好充電的方便快捷、穩定與安全，也成為了不可忽視的問題。本文詳細敘述了智能充電器的硬件設計和軟件實現。

Abstract： As a very convenient means of transportation， electric vehicles have entered thousands of households. How to balance the convenience， stability and safety of charging has become a problem that cannot be ignored. This article details the hardware design and software implementation of the smart charger.

關鍵詞：智能控制;充電;檢測

Key words： intelligent control;charging;detection

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0146-02

0? 引言

隨著電動自行車的普及，小區如何管理和安全充電成了當前很多小區需要解決的重要問題。電動車車主給電動車充電的途徑一般有兩種：一是將電瓶取下來，抬回家充電;二是從自家窗口仍下一根很長的臨時電源充電;而物業方面，因無充電計量設備，致使業主在單元樓前，亂拉亂扯電線，對小區安全造成極大隱患，有些小區為車主設立了充電電源，因為沒有計量設備對收費的多少一直存在爭議導致不能及時收取電費。為有效解決上述困擾廣大電動車主和物業的難題，本文提出了一種多路電動車充電控制器，該控制器能夠定時或實時檢測充電電流智能切斷電源，可以刷卡或投幣計費。

1? 充電智能控制器的硬件設計

充電智能控制器硬件主要由以下幾部分組成：主控制器、收費模塊、充電輸入按鈕模塊、繼電器控制模塊、LCD顯示模塊、電流檢測模塊和語音提示模塊等，這幾個模塊在單片機的控制下，相互協調工作，保證了充電智能控制器各種功能的實現，各模塊間關系如圖1所示。

1.1 CPU控制模塊

STC12C5A60S2考慮到系統對運行速度的要求，系統主控芯片選用STC12C5A16S2。該芯片是宏晶公司生產的單時鐘/機器周期（1T）單片機，屬于新一代8051單片機，具有超強抗干擾、低功耗、高速的優勢，指令代碼完全兼容傳統8051，但是速度快8-12倍。片內程序存儲器空間為16KB，數據存儲器不僅在內部集成了256字節的RAM，還集成了1024字節的擴展RAM，10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S。

依據STC12C5A60S2單片機的引腳特性，在實際設計中，各電流檢測驅動信號由單片機P1口輸入，內部ADC，8路選擇按鈕占用P0.0～P0.7共8個端口，刷卡計費用P2.0到P2.3口;8路輸出繼電器控制由P2.4～P2.6口;lcd顯示由P3.6～P3.7和P4.0～P4.2口。

1.2 投幣輸入模塊設計

系統采用光電耦合器來檢測信號，當硬幣投下后經過管道滾到光電耦合器處，擋住光束，三極管截止，輸出高電平，經過74ls04反相后產生下降沿，送入單片機的中斷引腳產生中斷，執行檢測程序，假幣退出，真幣進硬幣倉庫并啟動充電程序。

1.3 充電電流檢測模塊設計

采用電流互感器檢測充電電流，具體電路如圖2所示。電流互感器T2初級的兩個輸入端連接在電瓶充電回路中，次級與取樣電阻R2并聯，取樣電阻R2將感應的交流充電電流轉換成交流電壓信號，經過運算放大器LM324放大，再經過整流二極管D2整流，濾波電解電容C4濾波，將交流電壓信號平均為直流電平信號，最后送到單片機采樣。

1.4 顯示模塊

顯示一般采用led和lcd顯示，led顯示具有成本低，亮度高的優點，但是由于顯示的位數較多，多數采用動態顯示，占用了cpu大量的資源，所以本文選用Lcd液晶屏顯示。為了省I/O口，采用74ls164串轉并后送數據給液晶。具體電路如圖3所示。

1.5 電源模塊

電源電路如圖4所示。圖中AC220V經過220V/9V的降壓變壓器送給全波整流電路，首先把交變的電流變為脈動直流電，經電解電容C1（470UF/35V）處理，將電路的可靠性提高;其次，組建電感π型濾波電路（組成部分包括L1、C2和C3），目的是降低紋波;在7805穩壓芯片之前并聯TVS管，若由于大電壓發生突發短路問題，可使大電壓導入TVS管，有效避免了線路損壞的問題，起到了良好的線路保護作用;最后進過C4和C5對紋波進行濾除并輸出5V電源。

1.6 輸出繼電器控制模塊

控制器對充電電源的控制本質是對繼電器的控制?？刂齐娐啡鐖D5所示?？刂菩盘枏膯纹瑱C輸出后先經過光耦電路隔離，再經過ULN2003擴流提高驅動能力，接到繼電器線圈的一端;繼電器的常開觸點連在主電路接觸器的線圈回路中，當繼電器線圈得電時，常開觸點吸合，電源接通，電動車充電。

1.7 刷卡計費模塊

為了方便計費，除了投幣外還采用刷卡計費。計費模塊采用選用RC522A芯片，該芯片利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。支持14443A兼容應答器信號。數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測。模塊采用電壓為3.3V，通過SPI接口簡單的幾條線就可以直接與CPU主板相連接通信。

2? 軟件設計

本設計采用KEIL C語言編程，按功能將整個程序分成若干個模塊，如此可使程序結構清晰及易于調試和維護，不僅便于整個程序的編寫和管理，也可增強可讀性和可移植性。系統軟件設計流程圖如圖6。

3? 總結

本文所設計的智能充電控制器經過實際測試及實踐應用表明，系統能夠可以刷卡或投幣計費，定時關斷電源，并實時檢測充電電流，解決了小區電動車充電不安全和收費難的難題。

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