宋兵兵

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：小區(qū)電瓶車充電難的問題在小區(qū)里時常存在，本項目設(shè)計一個電動自行車智能充電平臺控制系統(tǒng)，夠解決當(dāng)前小區(qū)物業(yè)管理電動車充電問題，該系統(tǒng)以 STM32F103ZE 芯片為核心主控部分，主要實現(xiàn)充電樁的計費功能、充電功能、手機(jī)APP 控制功能以及防護(hù)等功能。經(jīng)過大量實踐證明，該充電站降低物業(yè)管理難度，方便用戶使用。

關(guān)鍵詞：智能充電平臺 STM32F103ZE 藍(lán)牙模塊 智能控制 控制系統(tǒng) 手機(jī) APP

0引言

由于近年來電動自行車的增長速度過快，充電需求急劇增加，用戶對于充電的便捷性與性的關(guān)注，使得本充電平臺的市場潛力巨大。

目前市面上大多電動自行車充電器采用刷卡投幣式充電站，數(shù)量不說，投幣還給人帶來不便，管理也給人帶來不便，不人性化。根據(jù)市場需求，本項目能夠解決當(dāng)前小區(qū)物

業(yè)管理電動車充電問題，同時利用該充電站降低物業(yè)管理難度，方便用戶使用。該項目基于互聯(lián)網(wǎng) + 的智能充電平臺，對于用戶注冊，物業(yè)授權(quán)就可以充電。充電方式可以選擇按月或按充電時間進(jìn)行收費，系統(tǒng)自動結(jié)算、無需投幣。項目創(chuàng)建初期，在蘇州相關(guān)小區(qū)先進(jìn)行推廣，計劃將覆蓋全蘇州。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計方案

本設(shè)計主要運用 MUC 控制的靈活性，通過輸出的電壓測量采集電池組的工作狀態(tài)，根據(jù)電池組電壓的大小確定充電方式，實現(xiàn)充電樁的計費、充電、溫度檢測等多個信號的感測，

防止事故的發(fā)生。

1.2 硬件設(shè)計

本設(shè)計基于 STM32 為主控芯片的智能充電平臺，本系統(tǒng)主要由 STM32F103ZE 單片機(jī)最小系統(tǒng)、藍(lán)牙模塊、控制模塊、保護(hù)系統(tǒng)、以及手機(jī) APP 組成，通過藍(lán)牙模塊與手機(jī) APP進(jìn)行通信。圖 1 為智能充電平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

該系統(tǒng)通過 STM32 平臺實現(xiàn)對充電樁的控制，實現(xiàn)充電樁的計費，充電功能，且通過溫度、光線多個模塊感測，防止事故的發(fā)生。

溫度感應(yīng)模塊，實時感應(yīng)，溫度過高報警，發(fā)生火災(zāi)及時斷電 ；藍(lán)牙傳輸模塊，充電樁與上位機(jī)之間信息的傳輸 ；光線感應(yīng)模塊（拓展，車棚內(nèi)），識別當(dāng)前環(huán)境的明暗程度，決定是否開燈 ；檢測功率模塊，防止一頭多用的情況，功率異常發(fā)生警報，防止功率過大發(fā)生火災(zāi)。繼電器控制模塊，控制充電頭的開關(guān)與單片機(jī)起隔離作用。

2 主要模塊電路設(shè)計

2.1 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊采用 CH05 芯片，單片機(jī)給之供電，硬件系統(tǒng)部分是通過藍(lán)牙與 APP 取得通信的，藍(lán)牙傳輸采用的是單片機(jī)串口功能，分別是 RX 和 TX，而圖中 TX 是發(fā)送信息，RX 是用來接收信息的。其中 TX 對應(yīng)著單片機(jī)的 PA10 接口，RX 對應(yīng)著單片機(jī)的 PA9 接口 . 將單片機(jī)藍(lán)牙設(shè)置為主模式，手機(jī)APP 端為從模式。實現(xiàn)單片機(jī)與手機(jī) APP 之間數(shù)據(jù)傳輸功能。圖 2 為藍(lán)牙模塊電路原理圖。方案及存在的問題.

2.2溫度、光線、功率檢測電路

本設(shè)計溫度檢測部分采用的溫度傳感器模塊是DS18B20，給DS18B20提供一個3.3V 的電源，同時還在電路中加載一個10K的上拉電阻。DS18B20傳感器1接單片機(jī)PB6口，DS18B20 傳感器 2 接單片機(jī) PB7 口，該模塊功能就是采集加熱膜裝置上的溫度值，通過信號線再傳給單片機(jī)，便于單片機(jī)實時與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而能將溫度值實時在上位機(jī)顯示并且畫出溫度變化趨勢圖。圖 3 為溫度檢測電路圖

本設(shè)計光線檢測模塊利用光敏電阻對環(huán)境光線來檢測周圍環(huán)境的光線的亮度，觸發(fā)單片機(jī)或繼電器模塊等。在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時，DO 輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光線超過設(shè)定的閾值時，DO 輸出低電平 ；DO 輸出端可以與單片機(jī)直接相連 ；通過單片機(jī)來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變 ；模擬量輸出 AO 可以與 AD 模塊相

連，通過 AD 轉(zhuǎn)換，可以獲得環(huán)境光強(qiáng)更準(zhǔn)確的數(shù)值。圖 4 為光敏檢測電路原理圖。

2.3 驅(qū)動及功率檢測模塊

本設(shè)計電流檢測模塊直接并聯(lián)在繼電器其中一條線路中，輸出端接單片機(jī) IO 口讀數(shù)，其中只使用了一路繼電器，另一路閑置，為后期擴(kuò)展留有余地。其中PA5口接的是控制端1。

圖 5 為驅(qū)動電路以及電流檢測模塊原理圖。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

本設(shè)計軟件部分的主程序設(shè)計流程如圖 6 所示，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括對系統(tǒng)時鐘配置、延時、NVIC 中斷配置、LED 引腳配置與各個模塊的初始化等。初始化完成后，顯示初始界面，同時系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)，等待顧客充電，待有充電指令時，繼電器閉合，開始充電，當(dāng)采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)危險信號，繼電器斷開，斷電 ；當(dāng)充電結(jié)束，收到結(jié)束指令

3.2 顯示程序設(shè)計

本系統(tǒng)顯示模塊主要分為兩部分，一部分是正常的待機(jī)顯示界面，另一界面則顯示充電中界面，顯示充電信息，充電時長，充電狀態(tài)等，并不會顯示用戶個人信息，用戶個人信息會顯示在自己手機(jī) APP 上，保護(hù)用戶隱私。圖 7 為顯示程序設(shè)計流程圖。

3.3 藍(lán)牙程序設(shè)計

本系統(tǒng)藍(lán)牙模塊主要用來實現(xiàn)單片機(jī)與手機(jī) APP 之間的通信，藍(lán)牙的 RX、TX 與單片機(jī) TX、RX 相連，發(fā)送字符串，手機(jī) APP 通過藍(lán)牙發(fā)給單片機(jī)相應(yīng)指令（開始充電，充電定時等），單片機(jī)相應(yīng)的發(fā)給手機(jī)充電樁的狀態(tài)。圖 8 藍(lán)牙程序流程圖。

3.4 溫度檢測程序設(shè)計

系統(tǒng)的溫度是 DS18B20 傳感器采集來的。先在系統(tǒng)初始化部分初始化了引腳，使用的是 STM32F303CCT6 芯片的 PB6 引腳，先復(fù)位 DS18B20，然后等待其回應(yīng)，當(dāng)檢測到 DS18B20 存在時，發(fā)送跳過 ROM 指令 , 接著從 ROM 中讀取指令，接著進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，然后在進(jìn)行數(shù)值處理，發(fā)送給主控芯片。圖 9溫度檢測流程圖。

4 系統(tǒng)測試

整個系統(tǒng)供電后，各個模塊上點，首先 TFT 顯示模塊會顯示當(dāng)前溫度功率等信息，之后手機(jī) APP 可與單片機(jī)通過藍(lán)牙通信，單片機(jī)發(fā)送給 APP 目前充電樁的狀態(tài)信息，APP 控

制充電的進(jìn)行。實物如圖 10 所示。

圖 10 實物測試圖

5 安科瑞電動自行車充電樁運營管理平臺

安科瑞電動自行車充電樁通過GPRS模塊與云端進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱幼孕熊嚦潆姌兜娜粘顟B(tài)、充電過程進(jìn)行監(jiān)控；實現(xiàn)充電支付對接：支持投幣、刷卡、微信支付等多種支付方式，保證支付交易過程的完整性，對充電過程中的異常情況進(jìn)行有效預(yù)警；實現(xiàn)對下游站級平臺的清算、對賬功能。平臺可對接消防物聯(lián)網(wǎng)平臺、小程序等，提供相關(guān)異常數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電動車充電管理的網(wǎng)絡(luò)化、可視化。

5.1預(yù)警

對平臺連接的所有充電樁狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，充電樁發(fā)生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發(fā)出報警信號，及時消除火災(zāi)隱患。

5.2交易結(jié)算管理

平臺為運營方提供充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。

5.3充電服務(wù)

可通過軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態(tài)，并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現(xiàn)充電。

5.4運營分析

對訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，通過柱狀圖、報表方式直觀展示數(shù)據(jù)，并支持和第三方平臺對接。

5.5微信小程序

可通過微信小程序掃碼充電，充電賬單支付。運營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理，監(jiān)測充電樁狀態(tài)和充電交易情況。

5.6充電樁型號

ACX10A-YH

6 總結(jié)

(1)可同時充10輛電瓶車。
(2)尺寸空間大，投幣箱容量大，內(nèi)部空間充裕，具備充足的電氣穩(wěn)定性。
(3)實體按鍵設(shè)計，手感實在，使用壽命長。
(4)顯示投幣數(shù)、IC刷卡次數(shù)、IC卡余額，卡內(nèi)余額語音播報。
(5)每次扣費和充電時間可調(diào)，可多次投幣刷卡，充電時間自動累計。
(6)可根據(jù)客戶需求開通免費充電功能、月卡功能和刷卡退費。
(7)可使用微信支付、支付寶支付、APP 支付。
(8)自動識別出現(xiàn)故障的線路，并伴有字母和語音提示。
(9)具有斷電記憶功能，當(dāng)出現(xiàn)斷電，來電后可以繼續(xù)使用剩余的時間充電。
(10)具有拔掉斷電功能，當(dāng)用戶拔掉充電器，及時自動斷電。
(11)具有充滿自停功能，自動檢測電瓶車充電狀態(tài)，如充滿則停止供電，計費時間清零。
(12)具有過載保護(hù)功能，能識別大功率電器，自動暫停供電，防止用戶私接插線板給多臺電瓶車充電。
(13)具有短路保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)短路，保險絲熔斷確保穩(wěn)定。
(14)具有按功率給時間功能，根據(jù)檢測到的功率，按照設(shè)定時間開啟充電。
(15)可選配聯(lián)網(wǎng)煙感，當(dāng)出現(xiàn)火情，可發(fā)送短信給責(zé)任人。
(16)過溫保護(hù)功能，當(dāng)檢測機(jī)箱溫度過高，停止充電。
(17)夜間斷電功能，可設(shè)定夜間整機(jī)斷電黑屏，禁止夜間充電。
(18)遠(yuǎn)程抄表，485電表數(shù)據(jù)采集上報。

本設(shè)計從“互聯(lián)網(wǎng) + ”應(yīng)用出發(fā)，自主開發(fā) APP，跟充電樁進(jìn)行藍(lán)牙連接，可以手機(jī)支付，自動檢測電動車電量，判斷電動車電量狀態(tài)，根據(jù)其狀態(tài)控制其充電電流，并且對其充電過程中所使用的電量進(jìn)行統(tǒng)計并反饋到控制，控制最終根據(jù)充電用戶的賬戶信息對其進(jìn)行計費管理，經(jīng)過大量調(diào)試證明，系統(tǒng)性能優(yōu)異，能滿足廣大市民快捷方便的使用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監(jiān)測及剩余電流監(jiān)測， QQ：3007723194 手機(jī)：13482141563（微信同號）