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1、1.1 課題的研究背景及意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于環(huán)境問題與能源危機(jī)有了越來越清晰的認(rèn)識(shí)，這已經(jīng)成為人類繼續(xù)向前發(fā)展的道路上必須要解決的兩個(gè)問題，節(jié)能減排已經(jīng)成為的當(dāng)今世界的一個(gè)主題。而電動(dòng)汽車作為一種新能源交通工具，具有較高的資源利用率和無廢氣排放等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和解決環(huán)境問題與能源危機(jī)的一種重要手段，也是汽車工業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)。 一方面，全球石油資源儲(chǔ)量的稀缺性毋庸置疑，幾個(gè)大國(guó)能源緊缺問題嚴(yán)重，現(xiàn)階段仍以石油為主要燃料的汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到極大威脅。因此，發(fā)展新能源汽車成為世界汽車持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在2008年上半年石油價(jià)格從80美元一路飄升到147美元，汽車燃料的

2、使用也隨之水漲船高。在這一輪石油價(jià)格上漲期間，部分新能源汽車顯示出相對(duì)使用成本優(yōu)勢(shì)。部分消費(fèi)者為免于負(fù)擔(dān)過高的燃油費(fèi)用而放棄原本欲購買的傳統(tǒng)車型，而選擇石油燃料消耗相對(duì)較低的新能源汽車。汽車制造廠商也看到了新能源汽車的發(fā)展空間，開始加大研發(fā)和推廣的力度。各國(guó)政府也適時(shí)推出了一些優(yōu)惠政策對(duì)新能源汽車的購買和銷售予以補(bǔ)貼，新能源汽車行業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展良機(jī)。雖然近期石油價(jià)格受全球經(jīng)濟(jì)衰退影響出現(xiàn)嚴(yán)重下跌，但新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展仍可以使部分新能源汽車保持一定的使用成本優(yōu)勢(shì)。 另一方面，世界各國(guó)家和地區(qū)汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格?，F(xiàn)今汽車尾氣己成為組成溫室氣體的重要污染物。針對(duì)汽車污染問題，

3、世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)針對(duì)汽車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，而為了應(yīng)對(duì)不斷嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，各大汽車廠商目前主要采取提高傳統(tǒng)能源汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)的方法，以提高排放質(zhì)量，但技術(shù)提升的難度將會(huì)越來越大。此時(shí)，發(fā)展新能源汽車成為各大廠商的新選擇，因?yàn)樾履茉雌嚨纳a(chǎn)和使用會(huì)從根本上解決汽車尾氣排放問題。 因而大力發(fā)展新能源汽車用以取代化石燃料汽車成為當(dāng)代社會(huì)的共識(shí)。而新能源汽車中又以電動(dòng)汽車的發(fā)展最為迅速，成為各個(gè)國(guó)家重點(diǎn)的發(fā)展對(duì)象。在我國(guó)，雖然對(duì)電動(dòng)汽車的研究及推廣的時(shí)間較主要發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，但近年來在國(guó)家的大力推廣下，發(fā)展極為迅速，已經(jīng)走到了電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的第一集團(tuán)。而保障電動(dòng)汽車正常運(yùn)

4、行的充電基礎(chǔ)設(shè)施也得以快速發(fā)展，2015年，國(guó)家發(fā)展及改革委員會(huì)印發(fā)了《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》，該指南對(duì)我國(guó)當(dāng)前的充電基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)并給了肯定，同時(shí)指出了當(dāng)前充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展過程中所存在的問題與挑戰(zhàn)，并預(yù)測(cè)與展望了充電基礎(chǔ)設(shè)施未來的需求以及發(fā)展方向，為我國(guó)的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施提供了發(fā)展目標(biāo)、指導(dǎo)思想與原則。該指南指出了我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)狀，截至2014年底,全國(guó)共建成充換電站780座，交直流充電樁3.1萬個(gè)，為超過12萬輛電動(dòng)汽車提供充換電服務(wù)，電動(dòng)汽車與充電樁的比例約為4:1，這顯然不能滿足當(dāng)前電動(dòng)汽車行業(yè)快速發(fā)展所產(chǎn)生的需求；同時(shí)，該指南指出，

5、根據(jù)當(dāng)前的新能源推廣政策以及當(dāng)前的發(fā)展速度，到2020年，我國(guó)的電動(dòng)汽車保有量會(huì)在500萬輛左右，而充電樁與電動(dòng)汽車的比例要達(dá)到1:1左右，這就要求在5年內(nèi)新建近500萬臺(tái)各類充電樁，顯然這個(gè)需求是十分巨大的。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 雖然受全球經(jīng)濟(jì)不景氣的影響，各國(guó)都減少了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的投入及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，但是依然重視研發(fā)，不斷加大對(duì)研發(fā)的投入。 在美國(guó)，近幾年來，為了推廣電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，美國(guó)聯(lián)邦政府一直聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)和汽車廠商開展充電基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)研究，并投資了一系列電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃項(xiàng)目，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)已基本進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段。到目前為止，充電基

6、礎(chǔ)設(shè)施已基本覆蓋美國(guó)全境，而在加州、伊利諾伊州和紐約州充電基礎(chǔ)設(shè)施更是隨處可見，如圖1.1所示。這些充電基礎(chǔ)設(shè)施主要是在露天或者室內(nèi)停車場(chǎng)安放，從而實(shí)現(xiàn)停車和充電的一體化管理。截止到2016年9月份，美國(guó)的充電樁個(gè)數(shù)已經(jīng)超過44000臺(tái)。而在這其中，美國(guó)最大的充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商ChargePoint公司運(yùn)營(yíng)著超過16800臺(tái)充電樁。美國(guó)的主流充電設(shè)施主要分為3大類：交流Level1充電設(shè)施、交流Level2充電設(shè)施和直流FastCharger充電設(shè)施。其中已經(jīng)具有一定規(guī)模且充電網(wǎng)絡(luò)完善的是交流Level2充電設(shè)施，它的安裝數(shù)量最多，分布也最為廣泛；而直流FastCharger充電設(shè)施主要分布在

7、高速公路附近，主要對(duì)長(zhǎng)途駕駛的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。 在德國(guó)，Ubitricity公司正在推廣一種通過改造路燈給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的充電設(shè)施，如圖1.2所示。該充電設(shè)施只需對(duì)路燈進(jìn)行稍微調(diào)整，就能在路燈桿上安裝充電插頭，然后只需一根特制的充電線，就可以通過該插頭為電動(dòng)汽車充電并完成結(jié)算。相比其他充電樁近萬元的成本，該設(shè)施只需花費(fèi)1000元左右對(duì)路燈進(jìn)行改造，并且不會(huì)增加額外的空間。現(xiàn)階段，該公司正對(duì)柏林的近一千個(gè)路燈進(jìn)行改造以便其能作為充電樁使用，預(yù)計(jì)在不久的將來柏林的每一個(gè)路燈都能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供充電功能。不過現(xiàn)階段該模式還不太成熟，依然受到諸多因素的影響。 在日本，其充電基礎(chǔ)設(shè)施主要有兩個(gè)體

8、系：一是代表日本充電行業(yè)的CHAdeMO體系，是由眾多經(jīng)過CHAdeMO第三方認(rèn)證的充電設(shè)備生產(chǎn)商組成；另一個(gè)是由豐田、日產(chǎn)、本田、三菱等四家汽車生產(chǎn)企業(yè)出資設(shè)立的日本充電服務(wù)公司（NCS），目的是為電動(dòng)汽車駕駛員提供一個(gè)更加方便有效的充電網(wǎng)絡(luò)，在這種模式下，NCS會(huì)承擔(dān)充電設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)成本（電費(fèi)、運(yùn)營(yíng)開支），車企某種意義上成為充電服務(wù)的購買方與享受方。 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)家的新能源政策的推動(dòng)下，我國(guó)的充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)正在火熱的推進(jìn)中。為了保證車樁在充電工程中的安全性以及充電接口的一致性等，國(guó)家及能源局等相關(guān)部門出臺(tái)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并將之不斷更新。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方面，現(xiàn)

9、行的是2015版國(guó)標(biāo)，該國(guó)標(biāo)從通用要求、交流與直流、充電機(jī)與BMS通信等方面進(jìn)行了規(guī)定，同時(shí)規(guī)定了電動(dòng)汽車與充電樁的充電接口標(biāo)準(zhǔn)以及在使用中的安全防護(hù)方面的要求，從而保證整個(gè)充電流程是確定的，讓每一個(gè)充電樁都能為每一臺(tái)電動(dòng)汽車安全可靠的進(jìn)行充電；在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，主要有以下兩個(gè)：《NBT 33008.1-2013 電動(dòng)汽車充電設(shè)備檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范 第1部分：非車載充電機(jī)》和《NBT 33008.2-2013 電動(dòng)汽車充電設(shè)備檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范 第2部分：交流充電樁》，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了充電樁的充電功能、通信方式、安全防護(hù)、電磁兼容性等檢測(cè)方法和檢測(cè)要求，是充電樁投入運(yùn)營(yíng)之前必須要通過的標(biāo)準(zhǔn)。 截止到2

10、017年，全國(guó)公共類充電基礎(chǔ)設(shè)施約為21萬個(gè)，私人類充電基礎(chǔ)設(shè)施約為23萬個(gè)，而純電動(dòng)汽車的保有量約為80萬輛，這距離2020年各類充電基礎(chǔ)設(shè)施要達(dá)到450萬個(gè)目標(biāo)仍相距甚遠(yuǎn)。一方面，我國(guó)目前的充電基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量仍然嚴(yán)重不足，電動(dòng)汽車與充電樁的比例高達(dá)4:1，完全滿足不了電動(dòng)汽車的日常行駛需求；而另一方面，當(dāng)前充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)仍處于無序狀態(tài)，很多車主需要充電時(shí)找不到近的充電樁，而同時(shí)很多建成的充電樁卻沒有電動(dòng)汽車充電長(zhǎng)時(shí)間閑置。同時(shí)，隨著2015版的新國(guó)標(biāo)出臺(tái)，一些已經(jīng)建成的充電樁不再滿足現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，而市場(chǎng)上同時(shí)充斥著新舊國(guó)標(biāo)的充電樁與電動(dòng)汽車，這些設(shè)備之間的接口并不兼容，導(dǎo)致充電過程無法正

11、常進(jìn)行。 本文研究和設(shè)計(jì)的交流充電樁是采用單相交流電為供電電源，通過在交流充電樁控制模塊的控制下為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的一種充電裝置，交流充電樁一般分散放置在室外，以便電動(dòng)汽車能夠及時(shí)且方便的進(jìn)行充電。 交流充電樁要能夠?yàn)橛脩籼峁┓奖?、快捷、安全、可靠的充電服?wù)，用戶在使用充電卡給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電時(shí)，操作要簡(jiǎn)潔有效，提高用戶的體驗(yàn)感；同時(shí)交流充電樁要接入后臺(tái)管理系統(tǒng)，以便后臺(tái)進(jìn)行充電數(shù)據(jù)上報(bào)、交易結(jié)算以及設(shè)備故障信息的上報(bào)，方便技術(shù)人員及時(shí)處理各種問題，從而方便運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行集中化的管理。 2.1 系統(tǒng)的功能要求 在2011版的充電接口及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)剛剛實(shí)施不到四年的情況下，2015年新標(biāo)準(zhǔn)就

12、橫空而出。因?yàn)?011版的老標(biāo)準(zhǔn)與2015版的新標(biāo)準(zhǔn)不匹配，老標(biāo)準(zhǔn)的車插在新標(biāo)準(zhǔn)的樁上，充電槍很可能會(huì)被鎖住。這就要求我們必須清晰地明確新舊國(guó)標(biāo)之間的區(qū)別。在安全性方面，新標(biāo)準(zhǔn)增加了充電接口溫度監(jiān)控、電子鎖、絕緣監(jiān)測(cè)和泄放電路等功能，細(xì)化了直流充電車端接口安全防護(hù)措施，明確禁止不安全的充電模式應(yīng)用，能夠有效避免發(fā)生人員觸電、設(shè)備燃燒等事故，保證充電時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車以及使用者的安全；在兼容性方面，交直流充電接口型式及結(jié)構(gòu)與原有標(biāo)準(zhǔn)兼容，新標(biāo)準(zhǔn)修改了部分觸頭和機(jī)械鎖尺寸，但新舊插頭插座能夠相互配合，直流充電接口增加的電子鎖止裝置，不影響新舊產(chǎn)品間的電氣連接，用戶僅需更新通信協(xié)議版本，即可實(shí)現(xiàn)新供電設(shè)備

13、和電動(dòng)汽車能夠保障基本的充電功能。交流充電占空比和電流限值的映射關(guān)系與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容，并為今后交流充電的數(shù)字通信預(yù)留拓展空間。 通過分析新舊國(guó)標(biāo)的聯(lián)系與區(qū)別、國(guó)內(nèi)外的各種產(chǎn)品以及合作企業(yè)提出的各項(xiàng)功能需求，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁的各項(xiàng)功能與指標(biāo)如表2.1所示。 根據(jù)上述的功能需求，本文設(shè)計(jì)的充電樁系統(tǒng)的總體方案如圖2.1所示?？傮w方案主要包括四個(gè)部分：充電樁系統(tǒng)、服務(wù)器、后臺(tái)管理客戶端以及后臺(tái)管理網(wǎng)頁端。其中充電樁主要負(fù)責(zé)供用戶充電，滿足充電樁的基本功能，同時(shí)可通過無線通信模塊將自身的狀態(tài)信息和充電數(shù)據(jù)以及交易結(jié)算數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器；服務(wù)器主要將充電樁上傳的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，同時(shí)根據(jù)后臺(tái)管理人員

14、的請(qǐng)求向客戶端和網(wǎng)頁端提供數(shù)據(jù)；客戶端和網(wǎng)頁端主要根據(jù)管理人員的操作向用戶顯示充電樁以及用戶的狀態(tài)及信息。 根據(jù)上文的系統(tǒng)功能需求分析，按照系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)原則，如圖2.2所示，將交流充電樁分為以下幾個(gè)功能模塊：微控制器模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊以及數(shù)據(jù)的處理；控制導(dǎo)引模塊，用于充電過程中，對(duì)充電樁和電動(dòng)汽車的連接狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)、控制導(dǎo)引充電過程的開始及結(jié)束過程并實(shí)時(shí)監(jiān)控充電過程中的電流電壓等信息，并將信息提供給微控制器模塊，進(jìn)而控制整個(gè)充電過程；人機(jī)交互模塊，用于用戶與充電樁的交流，并進(jìn)行各種操作，展示當(dāng)前界面、充電的各項(xiàng)參數(shù)及將用戶的操作反饋給微控制器模塊，然后微控制器再控制下一步的

15、操作；數(shù)據(jù)通信模塊，用于充電樁將用戶數(shù)據(jù)上傳及驗(yàn)證，上報(bào)充電樁狀態(tài)信息，上報(bào)充電過程信息以及后臺(tái)對(duì)充電樁進(jìn)行參數(shù)配置及數(shù)據(jù)的更新；電能計(jì)量模塊，用于充電電流電壓的測(cè)量，以及充電電量的計(jì)算，并將數(shù)據(jù)以供給微控制器模塊，用于費(fèi)用的計(jì)算；電氣防護(hù)模塊，用于充電樁出現(xiàn)各種危險(xiǎn)情況時(shí)的緊急保護(hù)，包括水平檢測(cè)、充電溫度檢測(cè)及漏電、過流、浪涌檢測(cè)及保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，充電樁能及時(shí)斷電，保護(hù)設(shè)備安全；讀寫器模塊，用于充電射頻卡的讀寫，充電卡充值與充電結(jié)束時(shí)的交易結(jié)算；電源模塊，用于提供能使整個(gè)設(shè)備正常工作的電源模塊。 本文設(shè)計(jì)的交流充電樁是采用單相交流電供電的，即無論是為電動(dòng)汽車充電還是充電樁控制電路及

16、外部模塊的電源的來源都是單相交流電。而充電樁的控制電路以及外圍模塊的供電電源都屬于弱電，為了整個(gè)系統(tǒng)的安全及防干擾，或者保護(hù)后端設(shè)備不受雷擊，浪涌或電壓尖峰破壞，強(qiáng)電部分應(yīng)和弱電部分隔離開來，因此，在電路的設(shè)計(jì)上，為了將強(qiáng)弱電隔離，采用將強(qiáng)電部分和弱電部分分別放在兩塊電路板上的方式，并在兩板之間加上隔離電源，如圖3.2所示。 3.2.1 電源模塊的需求分析 進(jìn)行電源模塊設(shè)計(jì)前，首先要明確本設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的電源需求，然后再根據(jù)具體要求選擇電源模塊。本文設(shè)計(jì)的交流充電樁的各模塊的電源電壓需求如表3.1所示。 因?yàn)槭菃蜗嘟涣麟姽╇?，而控制模塊及各個(gè)功能模塊的供電電源要求是直流電，所以首先要將單

17、相交流電轉(zhuǎn)換為所需要的12V直流電。從穩(wěn)定性以及可靠性方面進(jìn)行考慮，本文選擇市場(chǎng)上現(xiàn)有的開關(guān)電源作為單相交流電轉(zhuǎn)換為12V直流電的電源模塊。經(jīng)過比較，最終選擇了深圳市普德新星電源技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GZM-H40D12-12R的雙路電源變壓模塊，如圖3.3所示。 該模塊的技術(shù)參數(shù)如下： 1) 工作類型：AC-DC 2) 輸入電壓范圍：176VAC~264VAC 3) 額定功率：40W 4) 輸出電壓電流：+12V 2.5A|-12V 1.0A 5) 穩(wěn)壓精度：3.0% 6) 轉(zhuǎn)換效率：0.86 7) 紋波噪聲：≤50mV|≤100mV 該電源模塊具有效率高、可靠性高、超寬

18、的工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有短路、過壓、過功率、過流等輸出保護(hù)功能，完全滿足本設(shè)計(jì)的需求。 在得到12V的直流電源后，還需要將其轉(zhuǎn)換為+5.0V和+3.3V的電源。關(guān)于電源模塊，通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源一般通過調(diào)節(jié)內(nèi)部的管子的通斷來調(diào)節(jié)電壓的，而線性穩(wěn)壓電路內(nèi)部一般具有參考電壓，然后取外部的輸出電壓與取輸入電壓比較器，利用電壓比較器的輸出來控制最終的輸出電壓。所以線性穩(wěn)壓電源一般具有輸出紋波小，精度高，外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是芯片體積一般較大，轉(zhuǎn)換效率不高且價(jià)格較高；而開關(guān)穩(wěn)壓電源具有轉(zhuǎn)換效率高，成本較低，而外圍電路較多，輸出紋波較大。 經(jīng)過多方面的比較以及從系統(tǒng)

19、的實(shí)際需求進(jìn)行考慮，在本文中，+5.0V的電源選用了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM2576-5.0開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊。其在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.4所示。 LM2576是一種開關(guān)型的穩(wěn)壓電源模塊，它的輸出電流可高達(dá)3A?？赏耆珴M足整個(gè)+5.0V供電系統(tǒng)的輸入要求。此外LM2576的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%以上，這減少了系統(tǒng)運(yùn)行中的一些不必要的能源損耗，有助于降低運(yùn)營(yíng)成本。它還具有較寬的輸入電壓范圍，這有助于維持整個(gè)系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性，當(dāng)輸入電壓受到外部干擾而產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，較寬的工作電壓范圍有助于減少其對(duì)輸出電壓的影響。 而+3.3V的電源選用了奧地利微電子公司（AMS）生產(chǎn)的正向低壓降穩(wěn)壓器AMS11

20、17-3.3。其在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用電路如圖3.5所示。 AMS1117-3.3是一種輸出電壓為3.3V的正向低壓降穩(wěn)壓器，它通提供穩(wěn)定的+3.3V電源，通常作為供電電壓為+3.3V的IC芯片的供電電源。它的輸出紋波很小，能使芯片在較為平穩(wěn)的狀態(tài)下工作，減少電源品質(zhì)因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作的影響。 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)工作過程中，包含單相交流電、開關(guān)電源輸出的12V直流電，開關(guān)電源輸出的+5V直流電、線性電源輸出的+3.3V直流電以及當(dāng)充電樁與電動(dòng)汽車相連時(shí)汽車提供的直流電。這些電源交叉在一起，使整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境變得復(fù)雜，容易產(chǎn)生各種干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此如上文所述，本設(shè)計(jì)中將強(qiáng)電部分和弱電部分分為兩

21、塊電路板，而在兩塊電路板的電源連接部分使用了隔離電源模塊來消除兩塊板之間的電源干擾，以交流充電樁的控制模塊以及各芯片處于一個(gè)與外界信號(hào)相對(duì)隔離的環(huán)境，保障控制模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)中在兩板間需要隔離的電源為+5V。本設(shè)計(jì)選用廣州金升陽科技有限公司的隔離電源模塊B0505S-3WR2。該模塊在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.6所示。B0505S-3WR2是一種定電壓輸入，隔離非穩(wěn)壓?jiǎn)温份敵觯?W功率的DC-DC電源模塊。它是專門針對(duì)電路板上的電源系統(tǒng)中需要產(chǎn)生一組輸入電源與輸出電源相隔離的應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的。該模塊具有較高的工作效率，效率可達(dá)80%~84%，輸出負(fù)載越高，效率越高。該模塊的隔離效果也

22、非常好，在1分鐘的測(cè)試時(shí)間，輸入和輸出間的漏電流小于1mA。 在電路設(shè)計(jì)中通常在電源模塊的輸入前加上TVS過壓器件瞬態(tài)抑制二極管，該類型二極管通常具有反應(yīng)速度塊，體積小，脈沖功率大，箝位電壓低等特點(diǎn)，當(dāng)有瞬間的較大電流和電壓通過時(shí)，可以迅速的對(duì)該信號(hào)進(jìn)行泄放，從而避免對(duì)后面的電路造成沖擊，保護(hù)電路的穩(wěn)定性。因而該二極管常常用于電路板的防靜電保護(hù)。本文選用SMBJ18CA型TVS二極管用作靜電保護(hù)，其在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.7所示。 3.3 微控制器及其外圍電路設(shè)計(jì) 微控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它決定著整個(gè)系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)間該做什么以及在某種狀況下該去做什么。它控制著電路各個(gè)部分的工作和聯(lián)系

23、，將所有的資源和信息整合在一起進(jìn)行分析或處理。所以，微控制器的選擇是整個(gè)采集板電路設(shè)計(jì)的重中之重，選擇不好，則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的使用。 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及各個(gè)功能模塊與微控制器之間的聯(lián)系，所需的微控制器至少滿足以下條件：至少擁有三組UART引腳；至少擁有兩組SPI引腳，至少擁有一組I2C引腳，至少有兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換引腳。 根據(jù)上述基本條件以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能及性價(jià)比的綜合考慮，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁選擇NXP公司生產(chǎn)的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的LPC1768單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的微控制器。 3.3.1 LPC1768單片機(jī)簡(jiǎn)介 LPC1768 是NXP 公司推出的基于ARM Co

24、rtex-M3 內(nèi)核的微控制器，主要用于處理要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用。LPC1768芯片的操作頻率可達(dá)100MHz，其CPU具有3級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，因此工作效率高、速度快。 下面簡(jiǎn)要介紹一下LPC1768芯片跟本設(shè)計(jì)相關(guān)的若干特性： (1) 4個(gè)UART、帶小數(shù)波特率發(fā)生功能、內(nèi)部FIFO、DMA支持和RS-485支持。1個(gè)UART帶有modem控制IO并支持RS-485，全部的UART都支持IrDA； (2) SPI控制器，具有同步、串行、全雙工通信和可編程的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度.2個(gè)SSP控制器，帶有FIFO，可按多種協(xié)議進(jìn)行通信。其中一個(gè)可選擇用于SPI，并且和SPI公用中斷。SSP

25、接口可以與GPDMA控制器一起使用。 (3) 3個(gè)增強(qiáng)型的IIC總線接口。IIS接口，用于數(shù)字音頻輸入和輸出，具有小數(shù)速率控制功能。IIS接口可與GPDMA一起使用。IIS 接口支持3線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收或4線組合發(fā)送和接收連接，以及主機(jī)時(shí)鐘輸入輸出； (4) 4個(gè)通用定時(shí)/計(jì)數(shù)器，共有8個(gè)捕獲輸入和10個(gè)比較輸出。每個(gè)定時(shí)器都有一個(gè)外部計(jì)數(shù)輸入。 3.3.2 微控制器的資源分配 本文設(shè)計(jì)的充電樁因?yàn)橐B接較多的功能部件并與之進(jìn)行通信，所以要合理分配微控制器的管腳，以便提高微控制器的資源利用率，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的管理和控制，本設(shè)計(jì)中微控制器的部分資源分配方案如表3.2所示，引腳分配如圖所示。

26、 3.3.2 復(fù)位電路 LPC17XX系列微控制器擁有四個(gè)復(fù)位源，分別是外部RESET復(fù)位、看門狗復(fù)位、上電復(fù)位以及掉電檢測(cè)復(fù)位。本部分硬件電路完成上電復(fù)位和外部復(fù)位。 由圖所示的復(fù)位電路是由RC振蕩器來控制RESET引腳進(jìn)行復(fù)位的。RC復(fù)位電路由一個(gè)0.1uF的電容和一個(gè)10K的電阻組成。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，電容兩端突然有了電壓，在這一瞬間，這個(gè)直流電對(duì)電容來說就是交流電，由于電容通交流阻直流，這時(shí)候，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)RESET引腳是低電平，然后，當(dāng)電容充滿電時(shí)，RESET引腳是高電平，此時(shí)單片機(jī)就要開始從程序地址0處執(zhí)行了。整個(gè)復(fù)位完成所需的低電平時(shí)間由RC值決定。只有維持足夠長(zhǎng)的低電平

27、時(shí)間，單片機(jī)才能夠正常復(fù)位。 3.3.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 單片機(jī)剛上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)選擇內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器IRC進(jìn)行工作的，而無需外部晶振，系統(tǒng)也能正常工作。但是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性，一般選擇12M晶振作為整個(gè)系統(tǒng)的主時(shí)鐘。系統(tǒng)時(shí)鐘電路如圖3.9所示。 3.3.4 看門狗電路 看門狗，又叫watchdog，是一個(gè)定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入，叫喂狗，一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一端時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT清零，如果超過規(guī)定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序跑飛時(shí)），WDT定時(shí)超過，就回給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，是MCU復(fù)位。防止MCU死機(jī)?？撮T狗的作用就是防止

28、程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。 本文選用的是看門狗芯片X5043。X5043是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM三種功能與一身的可控制編程芯片。該芯片減少了電路對(duì)電路板空間的要求，常常在工業(yè)控制中使用。其在本文中的應(yīng)用電路如圖3.10所示。 3.4 連接檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 連接檢測(cè)電路是交流充電樁設(shè)計(jì)的最為重要的部分之一。每次充電前和充電中，都要檢測(cè)電動(dòng)汽車與充電樁之間的接口連接是否正常，若不正常則充電過程不被允許或被立即停止。所以一個(gè)穩(wěn)定可靠的連接檢測(cè)電路是進(jìn)行交流充電樁設(shè)計(jì)的重要前提。 3.4.1 充電接口 充電接口是指連接供電設(shè)備與電動(dòng)汽車之間的接口，由充電插頭和充電插座組成

29、。為了規(guī)范市場(chǎng)及方便用戶充電，國(guó)家頒布了新的電動(dòng)汽車充電接口及通信協(xié)議五項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車充電接口的通用要求、功能定義、接口結(jié)構(gòu)、參數(shù)和尺寸。交流充電接口的插頭和插座布置如圖3.11所示，交流充電接口的端子功能定義如表3.3所示。 3.4.2 控制導(dǎo)引電路 控制導(dǎo)引是充電樁和電動(dòng)汽車進(jìn)行連接的一個(gè)過程，它是確保充電樁和電動(dòng)汽車之間安全可靠連接的關(guān)鍵。它具有充電樁和電動(dòng)汽車連接的確認(rèn)，識(shí)別電纜能通過的最大電流和充電樁的最大功率，監(jiān)測(cè)充電過程中的充電樁的輸出電壓以及在某些情況下緊急停止充電過程。本文設(shè)計(jì)的交流充電樁的控制導(dǎo)引電路采用國(guó)標(biāo)中推薦的充電模式3所對(duì)應(yīng)的連接方式A，如圖3

30、.12所示。 其中開關(guān)S1位于充電樁電路板上，電阻R1在充電樁上的充電接口上，電阻R2、R3和二極管D1在電動(dòng)汽車的充電接口上，開關(guān)S2位于電動(dòng)汽車的充電控制模塊上。 當(dāng)充電樁未與電動(dòng)汽車進(jìn)行充電接口連接時(shí)，開關(guān)S1與+12V相連，此時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處的電壓為+12V。當(dāng)電動(dòng)汽車與充電樁的充電接口連接后準(zhǔn)備充電時(shí)，充電樁內(nèi)的控制電路首先測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的穩(wěn)定的電壓，若該點(diǎn)電壓為+9V，此時(shí)充電樁內(nèi)的控制電路確認(rèn)電動(dòng)汽車與充電樁的充電接口間的連接正常。待充電樁收到指令準(zhǔn)備好向電動(dòng)汽車充電時(shí)，其內(nèi)部的控制電路控制開關(guān)S1與PWM信號(hào)相連，此時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處的信號(hào)為峰值為+9V的PWM信號(hào)，電動(dòng)汽車內(nèi)部的充電

31、控制模塊測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)2處的信號(hào)從+12V的電平變成了峰值為+9V的PWM信號(hào)，此時(shí)電動(dòng)汽車內(nèi)部的充電控制模塊將S2閉合。S2閉合后，檢測(cè)點(diǎn)1處的峰值電壓就變?yōu)榱?6V。當(dāng)充電樁內(nèi)的控制電路檢測(cè)到檢測(cè)點(diǎn)1處的峰值電壓為+6V時(shí)，說明整個(gè)充電導(dǎo)引過程完成，此時(shí)充電樁的控制電路可控制交流接觸器K閉合，充電樁正式開始向電動(dòng)汽車充電。 3.4.3 充電接口檢測(cè)電路 從上文可知，要想順利地完成控制導(dǎo)引過程，充電樁必須時(shí)刻監(jiān)控著檢測(cè)點(diǎn)1的狀態(tài)，即CP點(diǎn)的狀態(tài)。經(jīng)過分析可知，根據(jù)CP點(diǎn)的幅值即可判斷充電接口和電動(dòng)汽車的狀態(tài)，然后可根據(jù)兩者的狀態(tài)來決定是否開始進(jìn)行充電過程，所以只要測(cè)量出CP點(diǎn)的幅值，即可判斷

32、整個(gè)控制導(dǎo)引過程是否完成。因此充電口檢測(cè)電路的核心為如何準(zhǔn)確的測(cè)量CP點(diǎn)的電壓且使這一過程不受外界所干擾。所以充電接口檢測(cè)電路的本質(zhì)就是設(shè)計(jì)用于可靠的檢測(cè)CP點(diǎn)電壓幅值的應(yīng)用電路。 在本文中選用了美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的運(yùn)算放大器TL082C對(duì)CP點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。TL082C是一種通用的J-FET雙運(yùn)用算放大器，其特點(diǎn)有：輸入偏置電壓和偏移電流非常低；輸出沒有短路保護(hù)，輸入級(jí)具有較高的輸入阻抗，內(nèi)建頻率被子償電路，較高的壓擺率；最大工作電壓為18V。其在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.13所示。 將CP點(diǎn)的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，便可將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)供微控制器測(cè)量。由前文可知，充電樁給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電時(shí)各

33、種信號(hào)繁雜，容易產(chǎn)生各種干擾，所以選擇了隔離電源。而為了防止控制模塊受到干擾，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，外部的信號(hào)不能直接與微控制器進(jìn)行相連，使用要選用模塊將微控制器和外部信號(hào)進(jìn)行隔離，同時(shí)還要保證微控制器能接收到正確的信號(hào)，輸出的控制信號(hào)能夠準(zhǔn)確且快速的被所要控制模塊所接收。 綜合上文的需求，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁選用線性光耦作為信號(hào)隔離模塊。線性光耦是一種用作模擬信號(hào)隔離的光耦器件，它能夠?qū)⒐怦顑啥说碾娏餍盘?hào)隔離，從而達(dá)到隔離效果，同時(shí)，與普通光耦不同，線性光耦增加了一個(gè)光接收電路用于反饋。就是說，線性光耦在信號(hào)兩端各有一個(gè)光接收電路，這兩個(gè)光接收電路都是非線性的，但是它們的非線性特性是一樣的，也

34、就意味著，通過兩者的反饋可以抵消非線性，使得光耦兩端的信號(hào)為線性的，從而達(dá)到線性隔離的目的。由此可見，線性光耦剛好能滿足本設(shè)計(jì)的需求。 3.5 監(jiān)測(cè)與保護(hù)電路設(shè)計(jì) 3.5.2 電氣防護(hù)模塊 電氣防護(hù)模塊主要用于保護(hù)人員和設(shè)備的安全，主要包括漏電保護(hù)、過欠壓保護(hù)以及過流保護(hù)等。這些功能主要是由相關(guān)保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)的，其中保護(hù)裝置包括漏電保護(hù)器、浪涌保護(hù)器等。 3.5.3 緊急停止模塊 緊急停止模塊用于當(dāng)充電樁或人員出現(xiàn)故障或危險(xiǎn)時(shí)，其他保護(hù)裝置未起作用，通過人員手動(dòng)的方式緊急斷開系統(tǒng)電源，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。本文選用浙江正泰電器股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NP2-BE102的按鈕作為急停開

35、關(guān)，如圖3.18所示。 3.6 電能計(jì)量模塊設(shè)計(jì) 電能計(jì)量模塊用于測(cè)量整個(gè)充電過程中的電量消耗以及瞬時(shí)功率、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流等參數(shù)。從可靠性等方面考慮，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁采用電能表作為電能計(jì)量模塊。 3.6.1 電能表的選型 3.6.2 DL/T645-2007協(xié)議 DDS3366D1單相電子式電能表兼容DL/T645-2007和Modbus-RTU協(xié)議，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁采用DL/T645-2007規(guī)約。 DL/T645規(guī)約是針對(duì)電表通信而制定的通信協(xié)議，主要有兩個(gè)版本，分別是DL/T645-97和DL/T645-07，97代表是97年制定的協(xié)議，07則是2007年修正后的

36、協(xié)議，目前市場(chǎng)上主要是07版的協(xié)議。 該協(xié)議為主從結(jié)構(gòu)的半雙工的一種通訊協(xié)議。一般情況下，電表作為一個(gè)從機(jī)，而其他與電表進(jìn)行通信的模塊為主機(jī)。多個(gè)電表可以同時(shí)接到一個(gè)主機(jī)上，由于每個(gè)電表都有自己特定的地址編碼，所以在通信過程中不會(huì)發(fā)生信息的紊亂。當(dāng)多個(gè)電表同時(shí)連接時(shí)，由主機(jī)發(fā)出通信請(qǐng)求，發(fā)送主機(jī)需要通信的電表的地址編碼來進(jìn)行通信的建立，并且最終由主機(jī)來斷開這一通信連接，然后再次等待主機(jī)發(fā)送的下一個(gè)連接指令。 主機(jī)發(fā)送的指令信息由7個(gè)部分組成，包括起始符、電表的地址域、控制信息、數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)部分、CS校驗(yàn)碼、結(jié)束符。其具體的含義如表3.4所示。 每次主機(jī)要與電表進(jìn)行通信時(shí)，會(huì)先發(fā)送

37、四個(gè)字節(jié)FEH，用以喚醒電表。所有的數(shù)據(jù)都會(huì)先發(fā)送低位字節(jié)，然后再發(fā)送高位字節(jié)。每次通信都是從主機(jī)向選擇的地址編碼所對(duì)應(yīng)的電表發(fā)送請(qǐng)求命令開始的，被請(qǐng)求的電表根據(jù)命令指示做出回應(yīng)。字節(jié)的校驗(yàn)方式是偶校驗(yàn)，而幀校驗(yàn)的校驗(yàn)方式為縱向信息校驗(yàn)和，一旦校驗(yàn)和出錯(cuò)，無論是哪一個(gè)，該幀數(shù)據(jù)無效，不予處理。該規(guī)約的通信速率的標(biāo)準(zhǔn)速率為600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps。通信速率的變更過程為主機(jī)首先向電表發(fā)送連接請(qǐng)求，待電表應(yīng)答后，向電表發(fā)送變更通信速率的請(qǐng)求，然后電表回復(fù)確認(rèn)或否認(rèn)。當(dāng)主機(jī)接收到電表的確認(rèn)回復(fù)后，雙方邊開始以新的通信速率進(jìn)行通信。

38、 3.6.3 電能表通信電路設(shè)計(jì) DDS3366D1單相電子式電能表配置有一個(gè)RS485通訊接口。該電能表的RS485通訊速率為1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps可設(shè)，出廠的默認(rèn)速率為2400bps。該電能表通過該RS485接口與微控制器進(jìn)行通訊，完成電能表參數(shù)的設(shè)置以及用電數(shù)據(jù)的上傳。該電能表的接口如圖3.20所示。 由于LPC1768單片機(jī)沒有RS485通信接口，因而要使電能表能與微控制器正常通信，就要將電能表的RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換為微控制器可識(shí)別的信號(hào)。 RS485是一種在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的通信協(xié)議，它因接口簡(jiǎn)單，一般只需兩根線，組網(wǎng)方便

39、，可一個(gè)主機(jī)與多個(gè)從機(jī)進(jìn)行連接，傳輸距離遠(yuǎn)，干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用。因?yàn)镽S485可以是半雙工的，所以它經(jīng)常使用在局域網(wǎng)中，使一個(gè)主機(jī)能和多個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信。RS485通信接口是一種差分信號(hào)正邏輯，若兩線之間的電壓差在+2V到+6V之間，則該狀態(tài)為邏輯狀態(tài)“1”；若兩線之間的電壓差在-6V到-2V之間，則該狀態(tài)為邏輯狀態(tài)“2”。因?yàn)槠錇槠胶怛?qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，所以RS485的抗干擾能力很強(qiáng)。 本文設(shè)計(jì)的交流充電樁使用MAX3485作為RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換的芯片，如圖所示。MAX3485是用于RS485與RS422通信的3.3V、低功耗的收發(fā)器，其引腳定義如表所示。 MAX348

40、5為半雙工通信芯片，即當(dāng)本機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其余所以對(duì)端都不能發(fā)送數(shù)據(jù)，而本機(jī)需要接收數(shù)據(jù)時(shí)，本機(jī)不能向外發(fā)送數(shù)據(jù)；MAX3485的RS485接口電平是由A端電平減去B端電平得到的，其邏輯信號(hào)滿足RS485的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；MAX3485的RS485接口信號(hào)是由芯片對(duì)DI引腳上的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的，而RO引腳上電電平是由芯片對(duì)RS485接口信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的。MAX3485在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.21所示。 當(dāng)微控制器處于接收模式時(shí)，引腳DE和RE都為低電平，引腳RO使能，引腳DI禁能；當(dāng)微控制器要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將引腳DE和RE置為高電平，此時(shí)MAX3485處于發(fā)送模式，然后微控制器的TXD引腳

41、就可以向MAX3485發(fā)送數(shù)據(jù)了。 3.7 交易結(jié)算模塊設(shè)計(jì) 本文所設(shè)計(jì)的交流充電樁的交易結(jié)算模塊采用刷卡式方案，即通過讀寫充電卡來進(jìn)行充電交易的結(jié)算。 3.7.1 充電卡的選型 目前市面上常用的支付卡片包括磁卡和IC卡。 磁卡是一種磁記錄介質(zhì)卡片，就是利用磁性載體來記錄所需的信息，常常用于身份識(shí)別或者是支付交易。但是磁卡在使用中會(huì)受到各種因素的影響而受到損壞，同時(shí)磁卡的保密性能極差，很容易被破解，從而造成財(cái)產(chǎn)損失或信息泄露。不過其價(jià)格便宜，仍然受到廣泛使用。 IC卡是將IC芯片嵌入到卡片中，而信息就存放在IC芯片中，使用專門的讀寫器就可以讀出或修改IC芯片內(nèi)的信息。IC卡根據(jù)使用

42、方式可分為接觸式和非接觸式，接觸式IC卡通過讀寫設(shè)備的觸點(diǎn)與IC芯片的觸點(diǎn)進(jìn)行接觸后來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫；而非接觸式IC卡是利用RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別技術(shù)來進(jìn)行讀卡器與IC卡芯片的通信的。非接觸式IC卡具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、保密性能較強(qiáng)、使用方便、無源、非接觸、卡片的損耗低等特點(diǎn)，不過其價(jià)格較高。 從可靠性、安全性等多方面進(jìn)行考慮，最終選擇非接觸式IC卡作為本文所設(shè)計(jì)的交流充電樁的充電卡。而常見的非接觸式IC卡包括M1卡、MF Ultra Light卡、SHC1102卡、DESFire卡、FM11RF32卡、FM11RF005M卡。從性價(jià)比以

43、及整個(gè)項(xiàng)目的需求進(jìn)行考慮，本設(shè)計(jì)選擇了M1-S50卡作為最終的充電卡，如圖3.22所示。 M1-S50卡的數(shù)據(jù)保存期可長(zhǎng)達(dá)10年，可改寫至少10萬次而且可以讀無限次，無需外部電源供電，自帶天線，工作頻率為13.56MHz，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路。 M1-S50的部分性能如下： 1) 數(shù)據(jù)容量大：容量高達(dá)8Kbyte； 2) 擴(kuò)展性好：16個(gè)扇區(qū)（Sector），每個(gè)扇區(qū)4塊（Block）（塊0~3），共64塊，按塊號(hào)編址為0~63，內(nèi)部塊互補(bǔ)干涉； 3) 安全性能好：每張卡有唯一序列號(hào)，共32位； 4) 抗干擾能力強(qiáng)：具有防沖突機(jī)制，可以多張卡片同時(shí)操作。 3.7.2 充

44、電卡讀寫模塊設(shè)計(jì) 本文采用NXP 公司的13.56MHz無接觸讀寫IC MFRC522進(jìn)行充電卡讀寫模塊的設(shè)計(jì)。MFRC522是高度集成的13.56MHz的非接觸式讀寫卡芯片。此發(fā)送模塊利用調(diào)制和解調(diào)的原理，并將它們完全集成到各種非接觸式通信方法和協(xié)議中。該芯片支持SPI、I2C和UART接口。 該模塊的引腳及說明如表3.5所示?？梢娖渑c微控制器通信采用了I2C接口。該模塊在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路如圖3.24所示。 3.8 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì) 本文所設(shè)計(jì)的交流充電樁主要是通過帶觸摸功能的顯示屏來進(jìn)行人機(jī)交互的。一方面，顯示屏要向用戶顯示充電的各種信息及提示；另一方面，用戶通過觸摸屏向微控制器

45、發(fā)送相應(yīng)的指令，從而實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，體現(xiàn)出系統(tǒng)的可用性及用戶友好性。 3.8.1 觸摸屏的選型 從實(shí)用性、可靠性以及性價(jià)比等方面進(jìn)行考慮，本文設(shè)計(jì)的交流充電樁最終選用了北京迪文科技有限公司的型號(hào)為DMT80480C070_15WT的迪文DGUS屏，如圖3.25所示。該屏為7.0英寸的工業(yè)級(jí)4線電阻式TFT觸摸屏，分辨率為800*480，預(yù)裝了DGUS軟件，方便研發(fā)人員進(jìn)行快速開發(fā)。 3.8.2 DGUS屏的參數(shù)及開發(fā)流程 與傳統(tǒng)的LCM通過時(shí)序或者指令來控制顯示不同，DGUS屏采用直接變量驅(qū)動(dòng)顯示方式，所有的顯示和操作都是基于預(yù)先設(shè)置好的變量配置文件來工作的。兩種不同的各種方式導(dǎo)致

46、用戶應(yīng)用時(shí)的軟件架構(gòu)和二次開發(fā)難度完全不同。 DGUS的開發(fā)體系是由DGUS屏和DGUS軟件所組成。DGUS開發(fā)體系如圖3.26所示： DGUS屏的引腳接口及定義如表3.7所示。 DGUS屏的通信接口支持RS485協(xié)議和RS232協(xié)議，本文根據(jù)實(shí)際需求選擇使用RS485協(xié)議，波特率設(shè)置為9600。 由于LPC1768單片機(jī)沒有對(duì)應(yīng)的RS485引腳接口，所以DGUS屏與微控制器的通信過程中要加入轉(zhuǎn)換模塊，將DGUS屏的RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換為微控制器能夠接受的信號(hào)。所以，此處同樣選用MAX3485作為DGUS屏與微控制器進(jìn)行通信的轉(zhuǎn)換芯片。該芯片在本文的應(yīng)用電路如圖3.27所示。 3.9

47、通信模塊設(shè)計(jì) 通信模塊用于實(shí)現(xiàn)充電樁充電數(shù)據(jù)與后臺(tái)管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，傳遞的通信內(nèi)容包括用戶的充電交易結(jié)算，用戶的信息修改，充電樁的實(shí)時(shí)狀態(tài)，充電過程中的電參數(shù)實(shí)時(shí)上傳，充電樁故障信息的上傳以及后臺(tái)管理系統(tǒng)更新配置等。 3.9.1 通信方式的選擇 而經(jīng)過多方面的考慮，本文選擇了深圳阿樂卡通訊公司設(shè)計(jì)的基于中興微電子的297520平臺(tái)開發(fā)的4G無線通訊模塊MZ382，如圖3.28所示。 MZ382模塊適用于GSM/EDGE/TDS-CDMA/WCDMA/LTE網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)全球漫游。MZ382模塊設(shè)計(jì)了豐富的外圍接口和強(qiáng)大的軟件支撐平臺(tái)，具備友好的二次開發(fā)軟硬件平臺(tái)，可以支持多種外圍設(shè)備，滿足用戶豐富的業(yè)務(wù)功能需求。該模塊具有以下主要特性： 1) GPRS/EDGE/TD-SCDMA/WCDMA/LTE 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 2) 提供LCC/LGA混合接口 3) 提供友好的軟件開發(fā)接口 4) 支持豐富的外部接口 5) 單面PCB，2.5 mm超薄設(shè)計(jì) 6) 支持多種操作系統(tǒng)：Windows\Android\Linux