盛凌偉，翟娟，彭泉，楊沁昕，章伯兆

（揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引言

近年來(lái)，由于溫室效應(yīng)的不斷加劇，降低碳排放已成為各國(guó)發(fā)展的重要任務(wù)，作為降低碳排放[1]重要工具的電動(dòng)汽車再一次收到了重視，在我國(guó)，十二五規(guī)劃中[2]，更是把電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)扶持的產(chǎn)業(yè)。而本智能共享充電樁以單片機(jī)為核心，充分提供了安全、有效的充電方式。其由4大部分構(gòu)成[3]，主體部分主要由總控模塊構(gòu)成，總控模塊主要進(jìn)行信息處理[4]，信息發(fā)接收等工作?？偟膩?lái)說(shuō)，加入單片機(jī)的充電樁可以面向更多的場(chǎng)所，不僅是在充電站，還可以放置在街頭、小區(qū)等各個(gè)地方，在提供安全充電的同時(shí)，更方便了車主自由充電的需求，因此，關(guān)于單片機(jī)為核心的智能充電樁的研究非常具有意義。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

目前，市面上的充電樁以IC卡刷卡充電為主，雖然使用充電樁能夠較為安全的給電動(dòng)汽車充電，但是其不能自由控制充電時(shí)間的弊端仍威脅著電池的安全。但本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，可以通過(guò)其內(nèi)部定時(shí)器設(shè)置時(shí)間，通過(guò)繼電器斷開(kāi)電源，使用戶根據(jù)自己的電池電量自主的設(shè)定充電時(shí)間，既能避免過(guò)充問(wèn)題，又可以節(jié)約時(shí)間，保護(hù)電池。

以單片機(jī)為核心的智能充電樁具有很強(qiáng)的靈活性，在定時(shí)斷電的基礎(chǔ)上可以加上其他模塊，比如電流檢測(cè)模塊，電壓檢測(cè)模塊，溫度、濕度傳感器，通過(guò)各個(gè)傳感器時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)測(cè)著電池的充電狀態(tài)，以保證每一塊電池的安全充電。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

目前市面上對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的方式大多采用變壓器加輸電線的組合，用戶一端連接家用電源或者專用電源[5]，通過(guò)變壓器將電壓降低至合適的電壓值再對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，這樣的充電方式既沒(méi)有電流電壓的檢測(cè)與保護(hù)[6]，也沒(méi)有對(duì)充電的時(shí)間進(jìn)行限制，很容易出現(xiàn)電壓異?；蛘哌^(guò)充的情況，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅，即便是一些專業(yè)的充電樁也缺少上述的兩種保護(hù)[7]，嚴(yán)重威脅的用戶的安全。

為了解決電壓異常造成的危險(xiǎn)情況，設(shè)計(jì)通過(guò)使用電壓檢測(cè)模塊和ADC0832模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的組合，對(duì)充電電源的電壓值進(jìn)行監(jiān)測(cè)并輸出模擬量至ADC0832芯片，模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字量與系統(tǒng)的設(shè)置值進(jìn)行對(duì)比，若高于設(shè)定值則關(guān)斷繼電器停止充電以達(dá)到安全保護(hù)。

設(shè)計(jì)通過(guò)使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的計(jì)時(shí)控制，用戶將時(shí)間設(shè)置完成后，單片機(jī)的定時(shí)器會(huì)每1ms差生一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)完成精確的計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)完成時(shí)，單片機(jī)發(fā)送高電平信號(hào)給繼電器，繼電器斷開(kāi)完成充電。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的二者協(xié)同合作才能確保智能充電樁良好運(yùn)行。智能充電樁軟件系統(tǒng)主要包含主控模塊、安全模塊及電氣設(shè)計(jì)，其中主控模塊作為控制一切的樞紐，其不但能夠?qū)Τ潆姌哆M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還能通過(guò)保護(hù)程序?qū)Τ潆娔K進(jìn)行保護(hù)，以免電壓、電流過(guò)高而出現(xiàn)各種問(wèn)題。

在系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛘卟环€(wěn)定的情況下，主控模塊能夠及時(shí)斷開(kāi)電源，防止安全事故發(fā)生的同時(shí)保護(hù)電動(dòng)汽車電池。安全模塊除了接收和執(zhí)行主控模塊的安全檢測(cè)命令外，還有著密鑰保護(hù)、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密等功能，從而防止黑客入侵，保障信息安全和交易安全。

設(shè)計(jì)軟件構(gòu)架，首先開(kāi)始執(zhí)行主程序，計(jì)時(shí)器初始化，LCD1602初始化，屏幕顯示歡迎界面，2秒后自動(dòng)切換為設(shè)定時(shí)間畫面。設(shè)置時(shí)間時(shí)，小時(shí)最大可設(shè)置為99小時(shí)[8]，分鐘最大為59分鐘，秒鐘最大也為59秒，倘若分鐘或者秒鐘大于59[9]，則不能設(shè)置[10]。按下開(kāi)始按鍵后，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，若按下緊急停止按鈕，顯示屏畫面切換為警告界面，繼電器斷開(kāi)；若手機(jī)app發(fā)送控制命令，顯示屏畫面切換至藍(lán)牙控制畫面，繼電器由藍(lán)牙控制；電源電壓異常，繼電器斷開(kāi)，以上情況均未發(fā)生時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到，繼電器斷開(kāi)，顯示器顯示工作完成畫面。

4 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與分析

實(shí)物測(cè)試的主要內(nèi)容包括顯示器的顯示質(zhì)量、藍(lán)牙連接效果、繼電器時(shí)間控制功能、藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制功能以及電壓檢測(cè)功能。LCD1602的顯示效果由電位器控制，如果屏幕文字顯示不清楚，則可以減小電位器的阻值來(lái)增強(qiáng)顯示效果，相反，如果對(duì)比度過(guò)大，則可以減小阻值來(lái)減弱效果，因此用戶可以通過(guò)改變電位器的阻值來(lái)達(dá)到自己想要的畫面顯示效果。

圖2 顯示效果1

圖3 顯示效果2

圖4 顯示效果3

5 結(jié)論

本次研究設(shè)計(jì)的智能充電樁實(shí)物主要設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)斷電和手動(dòng)遠(yuǎn)程斷電兩個(gè)功能，計(jì)時(shí)斷電是用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，通過(guò)累計(jì)每1MS產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，從而進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行停止程序，I/O口向繼電器發(fā)送指令，繼電器停止工作。除此之外，此次設(shè)計(jì)添加了緊急停止按鍵，用來(lái)緊急斷電，當(dāng)出現(xiàn)了一些緊急狀況或突發(fā)情形時(shí)，可以方便周圍的人群緊急斷開(kāi)充電電源，以保護(hù)用電器、設(shè)備以及設(shè)備周圍人、物的安全。當(dāng)緊急按鍵被按下時(shí)，設(shè)備會(huì)發(fā)出2秒鐘的蜂鳴報(bào)警，安全接觸時(shí)可以通過(guò)清除按鍵再次回到設(shè)定時(shí)間狀態(tài)再次使用設(shè)備。