Design of a Smart Charger for Electric Vehicles
裴美珍 PEI Mei-zhen
（江苏省宜兴中等专业学校，无锡 214200）
（Jiangsu Yixing Secondary Vocational School，Wuxi 214200，China）
摘要：电动车作为一种非常便捷的交通工具，已走进千家万户，如何权衡好充电的方便快捷、稳定与安全，也成为了不可忽视的问题。本文详细叙述了智能充电器的硬件设计和软件实现。
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.
关键词：智能控制；充电；检测
Key words: intelligent control；charging；detection
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）36-0146-02
0 引言
随着电动自行车的普及，小区如何管理和安全充电成了当前很多小区需要解决的重要问题。电动车车主给电动车充电的途径一般有两种：一是将电瓶取下来，抬回家充电；二是从自家窗口仍下一根很长的临时电源充电；而物业方面，因无充电计量设备，致使业主在单元楼前，乱拉乱扯电线，对小区安全造成极大隐患，有些小区为车主设立了充电电源，因为没有计量设备对收费的多少一直存在争议导致不能及时收取电费。为有效解决上述困扰广大电动车主和物业的难题，本文提出了一种多路电动车充电控制器，该控制器能够定时或实时检测充电电流智能切断电源，可以刷卡或投币计费。
1 充电智能控制器的硬件设计
充电智能控制器硬件主要由以下几部分组成：主控制器、收费模块、充电输入按钮模块、继电器控制模块、LCD显示模块、电流检测模块和语音提示模块等，这几个模块在单片机的控制下，相互协调工作，保证了充电智能控制器各种功能的实现，各模块间关系如图1所示。
1.1 CPU控制模块
STC12C5A60S2考虑到系统对运行速度的要求，系统主控芯片选用STC12C5A16S2。该芯片是宏晶公司生产的单时钟/机器周期（1T）单片机，属于新一代8051单片机，具有超强抗干扰、低功耗、高速的优势，指令代码完全兼容传统8051，但是速度快8-12倍。片内程序存储器空间为16KB，数据存储器不仅在内部集成了256字节的RAM，还集成了1024字节的扩展RAM，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S。
依据STC12C5A60S2单片机的引脚特性，在实际设计中，各电流检测驱动信号由单片机P1口输入，内部ADC，8路选择按钮占用P0.0~P0.7共8个端口，刷卡计费用P2.0到P2.3口；8路输出继电器控制由P2.4~P2.6口；lcd显示由P3.6~P3.7和P4.0~P4.2口。
1.2 投币输入模块设计
系统采用光电耦合器来检测信号，当硬币投下后经过管道滚到光电耦合器处，挡住光束，三极管截止，输出高电平，经过74ls04反相后产生下降沿，送入单片机的中断引脚产生中断，执行检测程序，假币退出，真币进硬币仓库并启动充电程序。
1.3 充电电流检测模块设计
采用电流互感器检测充电电流，具体电路如图2所示。电流互感器T2初级的两个输入端连接在电瓶充电回路中，次级与取样电阻R2并联，取样电阻R2将感应的交流充电电流转换成交流电压信号，经过运算放大器LM324放大，再经过整流二极管D2整流，滤波电解电容C4滤波，将交流电压信号平均为直流电平信号，最后送到单片机采样。
1.4 显示模块
显示一般采用led和lcd显示，led显示具有成本低，亮度高的优点，但是由于显示的位数较多，多数采用动态显示，占用了cpu大量的资源，所以本文选用Lcd液晶屏显示。为了省I/O口，采用74ls164串转并后送数据给液晶。具体电路如图3所示。
1.5 电源模块
电源电路如图4所示。图中AC220V经过220V/9V的降压变压器送给全波整流电路，首先把交变的电流变为脉动直流电，经电解电容C1（470UF/35V）处理，将电路的可靠性提高；其次，组建电感π型滤波电路（组成部分包括L1、C2和C3），目的是降低纹波；在7805稳压芯片之前并联TVS管，若由于大电压发生突发短路问题，可使大电压导入TVS管，有效避免了线路损坏的问题，起到了良好的线路保护作用；最后进过C4和C5对纹波进行滤除并输出5V电源。
1.6 输出继电器控制模块
控制器对充电电源的控制本质是对继电器的控制。控制电路如图5所示。控制信号从单片机输出后先经过光耦电路隔离，再经过ULN2003扩流提高驱动能力，接到继电器线圈的一端；继电器的常开触点连在主电路接触器的线圈回路中，当继电器线圈得电时，常开触点吸合，电源接通，电动车充电。
1.7 刷卡计费模块
为了方便计费，除了投币外还采用刷卡计费。计费模块采用选用RC522A芯片，该芯片利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持14443A兼容应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测。模块采用电压为3.3V，通过SPI接口简单的几条线就可以直接与CPU主板相连接通信。
2 软件设计
本设计采用KEIL C语言编程，按功能将整个程序分成若干个模块，如此可使程序结构清晰及易于调试和维护，不仅便于整个程序的编写和管理，也可增强可读性和可移植性。系统软件设计流程图如图6。
3 总结
本文所设计的智能充电控制器经过实际测试及实践应用表明，系统能够可以刷卡或投币计费，定时关断电源，并实时检测充电电流，解决了小区电动车充电不安全和收费难的难题。
参考文献：
[1]罗瑞昕，仇继杨，薛晓军，李冬梅，殷明慧，罗传仙.智能充电器的研制[J].电子技术，2017（09）.
[2]李文萱，赵新华，冯巧红.智能充电器驱动电路的研究与设计[J].现代职业教育，2017（07）.
[3]江友华，童永，曹以龙.电动汽车智能充电器的设计与实现[J].电力电子技术，2012（02）. |
