安科瑞 鮑靜君

　　摘要：基于ARM 硬件平臺，研究了電瓶車充電技術(shù)，提出了一種智能型電瓶車在線安全充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)實際充電情況實現(xiàn)智能斷電，同時提供給用戶一種遠程充電、斷電的平臺，目的是防止電瓶車過度充電引發(fā)電瓶損傷和火災(zāi)等事故的發(fā)生。

　　關(guān)鍵詞：ARM；電瓶車；充電

　　0  引言

　　隨著社會的發(fā)展，城市電瓶車數(shù)量迅猛發(fā)展，目前制約電瓶車行業(yè)發(fā)展的大問題是電瓶問題，電瓶作為電瓶車的核心部件，選擇好的充電方式至關(guān)重要，現(xiàn)有的幾種充電方式均不太理想：首先，人為斷電無法保證電瓶安全，可能出現(xiàn)幾天不斷電的情況，事故多發(fā)皆由此發(fā)生。其次，投幣式快速充電裝置多采用大電流加反脈沖的工作原理，本身對電瓶即有損害，且充電時長僅取決于投幣多少，時間到即斷電，該時長不一定是好時間，多適用于車無電且急需用電的情況。此外，自定義延時插座由于需在插座上另加延時插座，在公共場所容易被偷，且延時也僅從時間角度考慮，無法針對電瓶電量情況而自動確定。

　　本文提出了一種基于ARM 的電瓶車在線安全充電系統(tǒng)，包含多個現(xiàn)場充電裝置，可根據(jù)實際的充電情況智能斷電，同時提供給用戶一個遠程充電、斷電的平臺，可使得忘記拔充電的用戶自動切斷充電回路，以防電瓶的損傷和火災(zāi)等事故的發(fā)生。

　　1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示：本系統(tǒng)包括兩套以上的現(xiàn)場充電裝置，現(xiàn)場充電裝置中包括現(xiàn)場充電的控制器一套，設(shè)置在充電插座低壓回路中的電流傳感器以4- 20mA 模擬信號形式和控制器連接，在充電插座的插孔內(nèi)設(shè)置機械式限位開關(guān)，限位開關(guān)觸點和控制器相連，1繼電器和2繼電器設(shè)置在充電插座的低壓回路中，1繼電器和2繼電器和控制器用以控制充電插座的電流通斷，控制器以RS485 形式連接票據(jù)打印機，同時現(xiàn)場所有充電裝置的控制器集中連接至局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)有平臺服務(wù)器搭建軟件平臺，平臺服務(wù)器與外部互聯(lián)網(wǎng)相連，通過互聯(lián)網(wǎng)與用戶的手機和電腦實現(xiàn)通訊。充電插座的低壓回路供用戶充電。

圖l系統(tǒng)總體設(shè)計方案

　　其中，充電插座、票據(jù)打印機固定在墻壁上，控制器、電流傳感器、限位開關(guān)、1繼電器和2繼電器均在墻壁內(nèi)部或背面隱式安裝。

　　2  工作原理

　　本系統(tǒng)由32 位 MCU 為主控制器，通過AID 轉(zhuǎn)換，把信號送往MCU進行處理，系統(tǒng)的主控制器采用LM3Sl l38微控制器，該微控制器圍繞ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核來設(shè)計的。Cortex-M3是基于ARMv7-M架構(gòu)的ARM 處理器。

　　本系統(tǒng)采用現(xiàn)場多信號轉(zhuǎn)換控制技術(shù)，根據(jù)充電回路電流的計算、普遍充電時間和遠程用戶的控制綜合管理電瓶車充電時間。具體為以下幾點。

　　2.1限位采集

　　本系統(tǒng)利用充電插座內(nèi)的限位開關(guān)感知是否有插頭插入，當有插頭插入時控制器開始運算處理并輸出控制，當插頭拔出時控制器停止控制工作，僅實現(xiàn)上位機的通訊巡回診斷，并恢復(fù)繼電器l、2的狀態(tài)。

　　2.2電流信息的采集

　　本系統(tǒng)采用電流傳感器采集充電回路電流，當電流不為零時利用控制器對電流進行計算，從而對繼電器l、2 實現(xiàn)控制。

　　2.3票據(jù)打印

　　當用戶將充電器插入充電插座時，限位開關(guān)感知有插頭插入，則控制器通過RS485通訊線控制票據(jù)打印機打印票據(jù)，票據(jù)內(nèi)容包括，平臺登錄網(wǎng)站及配套二維碼、所配隨機驗證碼或用戶名和密碼。

　　2.4控制器的處理與控制

　　控制器識別限位信息和回路電流信息進行計算處理，當有插頭插入充電插座時，開始發(fā)送打印信息至票據(jù)打印機打印，同時開始充電計時T1。

　　充電計時 T1可按普遍時間規(guī)律和遠程手動設(shè)定的時間來確定，普遍時間規(guī)律為大于一般電瓶車充電時長，以便控制器通過電流的計算控制斷電，作為電瓶缺水等故障時電流信息不準的保障措施。手動設(shè)定優(yōu)先級高于普遍時間規(guī)律，為用戶熟知自己電瓶車性能后自定義的時間，當在此時間內(nèi)充滿電后，控制器也將控制回路斷電。

　　充電計時時間內(nèi)，控制器對充電電流的穩(wěn)定性進行監(jiān)控，按時間段計算電流波動偏差： /::,,.T=Tn-Tn-1, 當心Tl<=T限值，即當電流波動在可接受范圍之內(nèi)持續(xù)5分鐘后，判定充電已經(jīng)達到恒流狀態(tài)（表現(xiàn)為充電器顯示綠燈），此時開始延時計時 T2(一般為1個小時左右）。

　　當?shù)竭_延時時間T2 或設(shè)定時間T1后，控制器控制繼電1、2 斷電，斷電后持續(xù)檢測限位開關(guān)狀態(tài)，當插頭拔出時限位開關(guān)恢復(fù)，此時控制繼電器1、2 恢復(fù)以便下次的循環(huán)。

　　控制器另有防浪涌功能，當檢測出電流過大處于非正常使用狀態(tài)時，自動控制繼電器1、2斷電，這樣避免了一些事故的發(fā)生。

　　2.5繼電器控制

　　繼電器l、2的作用主要是控制充電回路的通斷，電充滿、電流過大或充電時間到時，控制回路斷電，此時插座無電；當限位開關(guān)從1到0時（即拔出插頭的過程，）繼電器失電恢復(fù)原樣，此時插座內(nèi)有電。

　　2.6系統(tǒng)平臺建立與外部通訊

　　系統(tǒng)平臺以平臺服務(wù)器為載體,可采集多個現(xiàn)場控制器信息，集中式在界面上展現(xiàn)。平臺服務(wù)器內(nèi)部軟件以Bl/S軟件架構(gòu)搭建WEB形式展現(xiàn)，以外部互聯(lián)網(wǎng)形式發(fā)布,可在電腦、手機等可聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備上觀看并操作。平臺中心管理人員可集中監(jiān)控所有充電電瓶車的狀況,發(fā)現(xiàn)問題及時聯(lián)絡(luò)車主。

　　而個體用戶，即電瓶車車主，可根據(jù)所取的票據(jù)遠程登錄平臺,用相應(yīng)的隨機驗證方式單獨操作自己的電瓶車，監(jiān)控電瓶車的狀況。如發(fā)生過載使得充電停止后,用戶可以手動遠程操作控制器，使得電瓶車再次充電。如手動操作后仍然過載跳電，則用戶可知需前往查看,更換充電口或者查驗是否充電器有問題。

　　3  安科瑞電瓶車充電樁及安全在線充電管理系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

　　3.1電瓶車充電樁產(chǎn)品介紹

　　電瓶車智能充電樁是新一代電動自行車智能充電設(shè)備，具有交流輸出電源遠程通斷控制、充電安全控制、電度計量、按時計費功能于一體的交流供電裝置，該裝置能通過電瓶車的車配充電器為電動自行車充電。支付方式可選擇投幣、刷卡、掃碼使用，設(shè)備內(nèi)部可引出10路出線至插座，通過電瓶車的車配充電器完成充電。可連接云平臺給用戶提供安全可靠及智能化的充電服務(wù)。

　　3.2電瓶車充電樁技術(shù)參數(shù)

3.3電瓶車充電樁選型表

3.4電瓶車安全在線充電管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.5電瓶車安全在線充電管理系統(tǒng)功能介紹

　　3.5.1資源管理

　　充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁異常交易監(jiān)測。

3.5.2交易結(jié)算

　　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。

3.5.3用戶管理

　　用戶注冊，用戶登錄，用戶賬戶管理

　　3.5.4充電服務(wù)

　　充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

　　3.5.5小程序

　　掃碼充電，賬單支付等功能。

3.5.6數(shù)據(jù)服務(wù)

　　數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。

　　4  結(jié)語

　　本系統(tǒng)改變原有僅從時間上來控制電瓶車斷電的方法，利用插座和電流的信息，結(jié)合普遍規(guī)律的時間和用戶自定義的時間綜合控制電瓶車的充電，有助于電瓶的優(yōu)利用，保護不受損傷。

　　首先，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)以手機、電腦等遠程監(jiān)控電瓶車充電狀態(tài)，多模式遙控電瓶車的充斷電，實現(xiàn)了信息的遠程共享。管理人員可通過平臺實現(xiàn)電瓶車充電的集中式管理。即使用戶什么都不操作，系統(tǒng)也可自動對電瓶車實行充電的控制和管理，對忘了拔電的用戶提供保障功能。

　　其次，以票據(jù)形式打印充電信息，每次充電配置隨機驗證信息，除管理中心外每個人僅能操作自己的電瓶車，使得惡作劇的形式無處遁形。

　　系統(tǒng)不對外部進行改造，而以暗裝方式安裝，避免了裝置被盜的情況，且充電場所可開放公共用戶，無需收費，避免了很多麻煩，可設(shè)置在辦公樓、大型商場等公共場所，可大大方便用戶，提高公共場所口碑。