第1章绪论.docx

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1、第1章 绪论1.1课题背景随着不可再生能源的不断消耗，即将到来的能源危机迫使各国更加重视新能源的开发。作为一个国家经济发展重要支柱的汽车产业一直是一个高能源消耗产业。现在越来越多的人拥有家用汽车，可以预见在将来人们对石油资源的需求将会越来越大。节能与新能源汽车是汽车产业解决能源问题的重要突破口，将成为拉动国内经济增长的一个新兴产业。我国目前己经是世界第一的汽车产销国，今后一端时间内汽车需求量仍将继续保持增长的势头，由此带来的能源问题将更加严重，汽车产业急需升级和转型来应对此问题。所以大力发展节能与新能源汽车，既是有效化解能源危机的重要手段，也是缩短我国与发达国家在汽车产业上的差距，实现国内汽车

2、自主创新的重要举措。1.2研究目的电动汽车充电桩是新能源汽车产业的重要组成部分。2016年1月1日国家标准委颁布实施了新修订的电动汽车充电接口及通信协议五项国家标准。新标准增加了多个安全性检测电路和通信报文，提高了用户使用电动汽车充电桩的安全可靠性。电动汽车充电桩作为电动汽车的必备基础配套设施，随着电动汽车生产规模越来越大，产量的不断增加，当前电动汽车充电桩的数量已经无法满足人们的需求，加大充电桩的生产势在必行。电动汽车充电桩与电动汽车的发展相互促进，完善的充电设施建设可以扩大电动汽车行业的生产规模，提高行业的发展速度。同时，新标准的出台为产品的生产铺平了道路，有助于新能源汽车产业的健康快速发

3、展。 所以设计一款通用的、安全的，并且能在不损害电池寿命的前提下实现快速充电的电动汽车智能充电桩，将对于促进电动汽车行业的发展有很大的促进意义。1.3研究意义大力发展电动汽车，这已经成为了国民的一种必然选择。电动汽车充电系统呢，也是维持电动汽车能够正常运行的一种非常重要的一部分，对电动汽车有非常重大的推动作用。这几年政府一直在鼓励使用电动汽车，也在鼓励电动汽车行业的发展。不过国内现在大部分的充电站标准都不统一，导致很多国内的充电站和汽车新能源的基础配件进程都非常的慢，而且覆盖面也不怎么大规模，数量也特别少。而且我国电动汽车充电站的特点也没有实现，非常规模化的一种运营方式，就电动汽车充电站技术大

4、部分还在处于上升阶段。因此，本文根据各种资料和实际情况去设计研究了现在文中所说的电动汽车充电站。1.4国内外动态近年来从产品和技术两个层面上讲，国外的充电系统都取得了较好的进展：充电产品随着控制技术、人工智能等先进技术的发展，摆脱了单一型，朝着多功能、更安全智能的方向发展;现场工业总线技术，如CAN，RS485，LIN总线的发展使得监控系统的通信手段多样化、高速化、安全化。法国多用核能和水力发电，其发电能力充足，据统计法国总发电量的四分之三来自核电站，六分之一来自水电站，因而其发电源干净、电价便宜，汽车工业发达，因而是世界上最早研制和推广电动汽车的国家之一。法国政府协同EDF(法国电力)公司，

5、并与PSA公司、Renault(雷诺)汽车公司等多家公司合作，开发电动汽车。在LaRocheHe(拉罗切里市)投资生产了小型4座电动汽车50辆，并建造了12座(包括3座快速和9座普通)充电站，目前己经投入使用并进行了超过2年的试验。口本的新能源汽车也一直处于世界领先水平，东京电力公司己宣布其成功研发出大型快速充电器，该充电器大大缩短了充电时间，这对口本电动汽车普及提供了较大的可能性。就充电桩的设计和控制为主的充电设施的建设，美国的FirstSolar公司最早在加州的高速上建造了5座快速充电桩，能够在240V/70A条件下，小于3.5小时内完成对电动汽车的充电。自2010年起，己有多个省市开始建

6、造充电站，包括了上海、北京、浙江、湖北、河南、重庆等。北京交通大学研发的30kw大功率单体充电机，比较有代表性，该技术较为成熟，可三台并用，其输出电压为可调300V-500V，并可选择多种充电模式。同时，包括很多国内高校在内的研究机构在电动汽车充电监控领域正进行着较多的科研工作。我国2012年前陆续建设了包括36200个快速充电桩和7400个慢速充电桩，充电桩加快发展。在“十五”计划期间，为实现能源安全、改善大气环境，国家制定了跨越式发展的战略并设立了“电动汽车重大科技专项”，集中了企业、高校、科研院所的力量进行攻关，把电动汽车的产业化技术平台作为重点研究工作，并在一些关键技术上取得了较好地进

7、展。1.5课题研究内容系统是基于单片机控制的充电桩设计。设计路线安排如下，第一章需要查阅很多设计系统相关的背景资料，了解当下先关技术领域的现状，分析不同技术的优势，分析现有产品的优点以及不足，以便于更好的设计系统功能，更加完善的完成系统设计要求，这样就可以确定系统的最终功能，便于进行后续的设计。第二章需要对系统的整个功能进行设计，完成系统的功能架构，分析各个功能之间的连接关系、逻辑功能关系。对核心的功能进行详细的分析，有哪些相关的技术可以实现此功能，并进行对比分析，最终选择出最合适的技术方案实现对应的功能，技术方案对应着详细的器件清单，为后续的硬件电路设计做好准备工作。第三章是对系统电路部分进

8、行设计，有了具体的器件型号，以核心的器件为基础，进行外围电路的设计，对所有的功能进行硬件电路设计，进行原理分析，设计出所有功能的电路图。第四章对系统的软件部分进行开发，硬件设计好后，只有配合软件代码系统才可以实现功能，对各个功能进行单独的软件设计，最终实现软件功能。第五章将设计好的硬件和软件进行组合，调试前几章节设计的内容，对整个系统进行测试，实现系统要求功能。第2章 电动车充电桩的方案设计2.1 电动车充电桩的工作原理在现在这个年代，电动车一般会用酸蓄电池作为充电桩，因为酸蓄电池有很多独特的优点。首先就是它的充电容量大，作为一个电动车充电桩，每天要跑足够的远，所以电量大是必备的，越多的电量电

9、动车跑的更远，一方面也考虑到价格，成本肯定是一个设计要考虑的问题，蓄电池充电桩价格也相对低廉，同时也无记忆效应，让每次充电都不互相影响。但是也有一些缺点，蓄电池不能郭飞的充电，不然会造成蓄电池一定的损坏，也不能放电过度，同样也会是蓄电池遭到损坏，因为其体积大，质量较大，所以造成了相关的携带问题，不过由于电动车自身就具备载物功能，因此这个干扰因素在控制范围内。充电过程含有四个环节：第一，涓流充电，在这一环节中，在充电刚开始的时候，其作为深度放点，电流值较大，从而产生大量的热，这种热能会对电池质量造成威胁，这个时候就需要微处理器来对电压做一下预先检测工作，保障电流涓流的稳定。第二，快速充电电流，这

10、个环节最大的特点是电压上升幅度呈现直线状态，当达到一个电压值的时候，就进入了第三个阶段的充电过程均充阶段，这是有一个稳定的电压，它可使电池容量渐渐地恢复到一开始的状态，此时电流慢慢降低，当降到一个值得时候，则充电进入了泛充电阶段，此阶段的作用是用来补充蓄电池前面充电过程所小号的能量，然后充电整个过程就结束了，这就是电动车充电桩的原理。2.2 方案概述2.2.1 方案比较表2.1 MP3方案的比较单片机AD转换芯片变压器显示器方案一AT89C51AD08042个LDD数码管方案二AT89C52LM3312个LDD数码管2.2.2 方案论证表2.2 MP3方案的认证开发难度稳定性芯片数量材料可否买

11、价钱综合评价方案一一般稳定性一般2易买高9方案二简单稳定性一般2易买低102.2.3 方案选择综上图表所述，显而易见，考虑到开发难度以及开发成本两个大方面来看，方案二是特别好的一个方案，具有开发难度简单。稳定性能好，采用的芯片也不多，而且材料市面上也方便购买，价格低廉。而另外一个方案，主要是开发难度比较难，而且开发成本比较高，所以综合考虑，我选择了方案二。2.3 主要芯片介绍2.3.1 主芯片AT89C52单片机图2.3.1 AT89C52SND1引脚图1.主要性能参数：(1).和MCS-51系列引脚以及指令在兼容上是非常融洽的。(2).涵盖了一千字的擦写周期。(3).功耗小的模式和低功能空闲

12、模式。(4).8K字节boot flash memory USB/UART下载代码；(5).具有3级加密程序储存器；(6).零到24hz全静态的人工试验；(7).具有8数量的中断源；(8).32个能用作编程的I/O；(9).3个16bits的定时计数器。(10).可编程的具有串行性质的UART通道。2.功能特性概述：AT89C51合计具备了40个引脚端口，在这里面不仅具备了2个读写口线和2个全工串行通信口，同时还具备了32个外部双向I/O端口，最重要的是还具备了2个外中端口，其实AT89C52有六个中断向量的，还有3个定时起中断和一个串行口中断。它是唯一一种高性能却低电压的8位通用微处理器的单

13、片机。在他的片内存储器中，一共拥有128个单元特殊储存器，某一些字节是被定义的，但是大多数字节还没有被定义。为了准确读写，复位的行口中断单元为“0”。AT89C52比AT89C52增加了一个定时/计数器。P0口：她是一组8位地址/数据总线复用口，如果将P0端口写“1”的时候，那么P0可用作高阻抗输入端用，假如把P0视为输出口，那么一个单位的电流就可以使得8个门电路正常运行。TTTL逻辑门电路。倘若将P1端口输入“1”，那么将会出现上拉电阻转化为高电平的现象，而且外部信号也会在一定程度上拉低引脚，并同时输出某个相应的电流信号。P1.0作为时钟输出的途径，其功能为I2。此外，P1.1的功能则是作为

14、定时之用。P2口：它也是一个输入/输出口，内部带有一个上拉电阻，其作用个别P1口相似。值得一提的是它的第二功能，可以接受高位地址和一些控制信号当它在编程和校验的时候。P3口：它也有一般的输入/输出口线外，它还有更重要的第二功能，就是它可以接收控制信号用于程序校验和Flash快速存储器编程。RST:RST接口可以保持超过2个的机器周期，亦被称作是复位输出，倘若发生震荡现象，那么单片机就会立刻复位。ALE/PROG：其功能主要有两个：时钟输出以及定时。需要注意的是，对其进行使用期间，尤其是对外部数据存储器进行访问时，这便会忽略单个的ALE脉冲，同时在地址锁存方面，会禁止八位以上的输出，只有对SFR

15、区才方可禁止ALE操作，此时的ALE才能被movx和movc指令激活。另外，ALE禁止位是没有作用的。PSEN：作为程序的一个储存接口，倘若AT89C52单片机在对数据或者指令进行反应时，单位机器周期会进行两个脉冲的输出工作。不仅如此，外部也会发出PSEN的信号，合计两次。EA/VPP：作为外部进行访问的一种许可，当发生EA端接地现象时，CPU仅将对外部程序存储器开始做出执行反映，与之相反，当EA端接电源端的时候，CPU便可以对内部指令进行有效访问。XTAL1：作为一种放大器的输入端口，它和振荡器的功能并不一样，它主要的作用目标是内部时钟发生器。2.3.2 LM331芯片介绍图2.3 LM33

16、1引脚图1.主要描述这种芯片的生产方是美国NS公司，在性能上要优于国内外很多类型的集成芯片，在此次设计中，特别将该类型的芯片作为A/D转换器和精密频率电压转换器，可以进行对线性频率的在调制以及解调方面的工作，同时也可以充作在长期运行下的计分器或者是相关器件等。这种芯片使用的是更先进的温度补差技术，可以更好的控制温度因子对试验所产生的干扰，同时可以有效调节电路。运行期间在保持工作温度可控制的前提下，与5的电源电压相连接的部位在精确度上都具有高可信度，其中，LM331的变化幅度较大，极大值为100db。不过由于其线性度优异，最大的非线性失真在特殊情况会低于0.01%。当其满足条件时，线性处在稳定状

17、态，而且发生变换时仍然具有较高的精确度，这个时候数字的分辨率可以高达千万级。因此，在维持良好的转换精度的前提下，可以适当地对外部元件进行连接试验，这样可以更好地组建V/F或F/V变换电路。2.引脚描述表2.16 LM331引脚描述引脚号引脚名称引脚功能1Current Output电流输出2Ref Current基准电流3Frequency Output频率输出4GND接地5R/C接RC定时电路6Thresholod阈值7Comparator比较输入8VS电源3.内部结构图图2.4 LM331内部结构图27第3章 电动车充电桩的硬件系统设计3.1 电动车充电桩的设计与制作系统框架电源电路充电电

18、路 控制充电电路AT89C52单片机LM331电池计量模块显示电路图3.1 系统总体框图 本设计采用美国NS公司生产的一种性价比很高的集成芯片LM331芯片，可用作精密频率电压转换器，主要围绕单片机知识来设计电路，运用的芯片是LM331来控制充电电路和显示电路，电池需要控制充电电路，电源电路推出充电电路。3.2 单片机最小系统电路图3.2 单片机最小系统电路这种电路的组成通常有两部分：其一为时钟电路，这一种可以通过频率对单片机的运行速度造成较大影响，而且其质量也是保证系统稳定性的一个关键因素；另外则为复位电路。电路在设计过程中，包含内、外部时钟等两类，而此次设计之所以选用内部时钟，主要是因为电

19、容C4、C5一般情况下都会稳定在30pF的值。由于设计过程中没有对电容容量做出具体要求，但是这个因素却能对振荡器的频率、稳定性等造成极大地干扰，不仅如此，还同时影响了起振的快速性。在理论上，时钟频率以及单片机的运行效率都和晶振频率具有正相关关系，因此，储存器的速度必须维持在一定阙值以上，才可以维持试验的正常进行。在本次设计中，需要注意的是，晶振以及电容在组装上应该与芯片保持一定距离，既可以有效电容的寄生频率，同时也可以更好地保证振荡器的稳定以及可信度。所以，此次采用的是抗温度因素干扰更强的电容，保证系统最大限度的稳定。据图来看，复位电路在技术上有两种选择性：上电自动复位以及按钮复位。由于对此次

20、设计有着便利的需要性，仅采取前者的复位方式，这种方式的工作原理是控制外部电路的电容，从而可以满足试验的要求。3.3 显示电路图3.3 显示电路如上图所示，显示器在结构上使用的是七段发光二极管（LED），之所以这样选择，是因为这种LED可以将数据表达方式更加直观友好，让人一目了然。LED发生显示器的接法主要包含下列两种：共阴极以及共阳极。前者配套的译码器一般是CD4511、74LS48等，其工作原理是把LED的阴极与接地公共点相连；后者配套的译码器一般是74LS46,74LS47等，其工作原理将阳极与另外的接地公共点相连。3.4 电源电路图3.4电源电路我们每个人都用过电器产品，所以我们都知道每

21、一个电器产品都是通过电能转换成动能或者热能等等。电动车也一样，它也需要一个能够提供点亮的电源电路，一些小的功率电器可以使用USB接口通电，点电动车的功率比较大，耗电多，但是电动车又要跑动，不可能直接插在固定的电源上。所以必须找一个蓄电池充电，我们选择蒸馏电源。用意就在于将220V的高压交流电进行多种转换，首先是转换为低压交流电，其次是在用蒸馏的方式转换为脉动状态的直流电，最后采用滤波电路的方式消除脉动后产生的交流部分后，才可以得到最终的直流电，这就是电源电路。3.5 充电电路图3.5充电电路在放电过程中，为了让蓄电池可以转变为正常工作的状态，需要通入放电电流，电流的方向要与直流电流相反，这一过

22、程就是所说的蓄电池充电。当处于充电状态时，电源连接的是电池正极，在这其中必须满足电源电压要大于电动势这个条件，以保证充电的安全性。充电方式可以划分为恒压以及恒流这两类，而此次设计之所以选择恒压的原因，主要是基于对电池稳定性及其使用期限等因素的考虑。在充电过程中，拥有固定的电压对此次设计工作具有良好的意义，电池电压的上升的同时会伴随电流的下降，这样便可以使得充电过程更加符合科学的充电曲线。3.6 AD转换电路图3.6 DA转换电路在A/D转换的流程里，共计包含四道步骤：取样、保持、量化以及编程等。其中前两项需要在电路中必须做到一气呵成，后两者在A/D转换电路中一次性完成。A/D转化器的性能参数主

23、要有转换时间和转换精度。所谓转换时间，亦被称作是转换速度，即为在单个A/D转换流程里，统计的自流程开始的那一刻起、到数字信号处在稳定状态时所花费的时间。对于转换精度来说，需要用分辨率以及转换误差这两个参数用一定的数学方法来表示。其中，分辨率即为A/D转换器所用识别的信号能力的最小值，转换误差则是转换理论分析的误差与真实误差的值的差，在学术界中通常是用LSB的倍数作为表达方式。第4章 电动车充电桩的软件系统设计 4.1软件设计总流程根据充电桩的操作需求设计了如图4.1所示的充电桩主程序流程。设备上电后，充电 桩控制系统程序开始进行设备运行参数初始化，然后对外部功能设备进行检测，设备检测正常后启动

24、进入工作模式，等待用户使用。 用户开始充电时首先需进行刷卡操作，充电桩对卡的密码进行验证，正确才能进行充 电服务操作。在用户设置充电模式前系统检测电动汽车充电插头和充电桩充电接口是否连 接正确，如果连接不正确，在充电的操作界面会对用户进行提示，并且禁止用户进行充电 模式设置，只有当充电连接正确时才可进入下一步操作。在程序中有三种充电模式，分别 是按金额充、按电量充和自动充，用户可根据自己的需要选择相应的充电模式。如果用户 选择了按金额充或按电量充的模式后，用户可根据自己的实际情况设定充电金额或充电电 量。当系统在完成了设定的充电金额或电量充电后自动关闭充电开关，进入结算界面，等 待用户刷卡扣费

25、。完成结算后系统再次返回开始待机界面。自动充电无需设定充电条件， 自动充电过程中会根据充电电流的大小来判断电动汽车是否充满电。电动汽车充满电后会 自动关闭充电开关，进入结算界面。 在充电过程中，为了对电动汽车的电池和充电桩自身进行保护，在充电过程中要实时 监测充电电源的品质(如电压、频率等)。在充电过程中电源品质不符合要求时，充电桩 会立即停止充电，保护充电设备。 电源电路是是是是否否否否显示充电过程信息等待刷卡结算结算刷卡开始充电是否刷卡充电结束设置充电模式插入线缆是否刷卡充电服务图4.1 软件设计总流程4.2温度测量程序设计 充电桩控制系统中采用DSl8820温度传感器测量桩体内的温度，通

26、过温度控制充电桩 冷却风扇的启停，从而达到为桩体内通风降温保证设备的正常运行和降低充电桩自身功耗 的作用。 温度传感器DSl8820采用的是单总线的数据传输方式，在对其进行编程时必须按照 DSl8820的单总线访问协议的要求进行口铲33|。对DSl8820的访问分为三个步骤： 1)总线初始化； 2)对DSl8820的ROM进行操作； 3)主机通过总线向DSl8820发送功能命令。 DSl8820使用单总线通讯方式。三个管脚分别为：VCC脚、DQ脚、GND脚，其中DQ 引脚为总线通讯引脚，由于AT89C51芯片中GPIO管脚的单相输入和输出特性，DQ引脚上要 加47Kf上拉电阻，辅助AT89C5

27、15总线的控制和释放。根据总线的时序，设计的温度读取程序流程图如图4-2所示。 开始读取温度发送温度转换命令跳过ROM跳过ROM是否收到存在脉冲延时750ms否是发送温度转换命令是否收到存在脉冲复位结束图4-2温度读取程序流程图4.3 指示灯设计 指示灯安装在充电桩的前面板，采用不同的发光颜色指示充电桩当前的工作状态，对 用户在使用充电桩时提供运行状态指示。 指示灯电路如图4.2所示，指示灯采用了红、绿、黄三种颜色的LED发光二极管， 直径为5mm，通过AT89C51的三个GPIO管脚分别控制，当GPIO管脚输入低电平时LED 指示灯亮，反之高电平灯灭，指示灯闪烁发光功能通过AT89C51内部

28、计数器实现。 图4.2 指示灯电路图指示灯指示工作状态如表4.1所示。表4.1 指示灯指示方案充电桩充电转态指示灯显示模式运行待机转态绿灯充电状态黄灯充电完成状态黄灯闪烁故障状态红灯4.4计量方案设计 电能计量模块采用的是单相多功能防窃电专用计量芯片，型号为RN8209G。芯片能测量有功电能、无功电能、功率因数、频率及电压。计量芯片内部集成有数字处理单元，能把测量得的模拟量转换为数字量输出，和MCU间的通讯采用的是SPI接15I。电流采用电流互感器测量，采用单片机作为电能计量模块的MCU，单片机型号为NECF9224。电能计量模块的计量精度等级为l级，为了和控制系统通信，电能计量模块带有RS4

29、85通信接口。 电能计量模块设计方案如图4-3所示。 图4-3 计量单位设计方案电能计量模块的参数如下： 1)电压测量范围：76-264V 2)电流测量范围：10mA-60A 3)最大功率：132KW 4)数据输出方式：MBUS通信规约，RS485通信接口，通信波特率4800BPS，通信 格式8为数据位、1位停止位、无奇偶校验。 5）输出数据：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能。 6)工作温度：30一+704.5交易结算单元设计 智能卡俗称“IC”卡，其原理是把具有存储、加密及数据处理能力的集成电路芯片镶 嵌在一张塑料基片上H引，根据卡片内集成电路结构和安全性的不同，智能卡可分

30、为存储器 卡、逻辑加密卡、CPU卡三类。存储器卡内只集成了简单的EEPROM存储电路，只有存 储功能，不具有数据保密特性，但是使用简单、成本低。逻辑加密卡是在存储电路的基础 上增加了逻辑控制单元，访问存储区前需进行密码验证，具有一定的数据安全性。CPU 卡内部集成智能芯片电路，包括了处理器单元、存储器单元、算法单元和操作系统，信息 存储量大，有特定的密钥认证和安全机制，数据安全性高。 按照数据读写界面的不同，又可分为接触式IC卡和非接触式IC卡两类。接触式IC 卡通过读卡设备的触点和IC卡表面的触点相接触交换数据，缺点是卡片长期使用后易造 成触点磨损，导致使用故障。非接触式IC卡增加了射频收发

31、电路，卡片与读卡设备无需 接触即可完成数据交换，使用方便，可靠性高。非接触式IC卡结构如图4.3所示。 图4.3非接触式IC卡结构目前市场上比较常用的非接触式IC卡主要是Mifare 1卡和CPU卡，充电桩的交易结 算单元设计使用的是Mifare 1卡。Mifare 1卡的应用广泛，如交通行业(路桥收费)、停 车场收费、城市一卡通、服务行业的会员卡等。本设计采用Mifare 1卡与城市一卡通系统 技术兼容，充电桩大范围推广后可与一卡通系统融合，方便用户使用。Mifare l卡具有以 下特点： 1)安全性高，卡内置唯一的序列号，采用双向互验证方式，数据传输过程中加密处 理： 2)抗干扰性强，具有

32、防冲突电路，对同时进入读写区域的多张卡一一处理，防止卡 之间相互干扰； 3)多用性，一卡多用，卡片内部数据存储实行分区管理，每个分区可独立设置密码， 可适用不同的场合。 设计中读写器模块选用的是非接触式的IC卡读卡器，发送模块型号为MFRC522， 其是高度集成的非接触式(1 356MHz)读写芯片，发送模块利用调制和解调的原理，并 将它们完全集成到各种非接触式的通信协议和方法中。支持三种不同的通信接口分别为 SPI接口、串行UART(类似RS232，电压电平取决于管脚电压)、，2C接口。读写模块的 特性如下： 1)低功耗的硬复位电路； 2)64字节的发送和接受FIFO缓冲区： 3)读写器模式

33、ISOl 4443MIFARE的通信距离高达50mm； 4)拥有CRC协处理器； 5)支持IS014443 212Kbits和424Kbits的高传输速率的通信； 6)读写器模式下支持MIFARE Classic加密。 4.6充电控制流程的软件设计 图4-3充电桩正常充电的完整充电流程如图4-3所示，充电控制软件设计中，完整的正常充电过程可以分为七个阶段：插 枪连接阶段、握手启动阶段、绝缘监测阶段、握手辨识阶段、参数配置阶段、充电阶段、 充电结束阶段、拔枪断开阶段。 4.7故障保护的软件设计本课题设计的故障保护功能模块对充电桩系统的故障进行了分类处理。故障级别从高到低分别为人身安全级别故障、设

34、备安全级别故障和告警提示级别故障。故障类型及其检测、处理方法如图所示。其中给出了故障处理的流程，充电桩系统通过不同的手段来检测不同的故障(其中故障的检测方式是针对桩系统控制板的)，一旦检测到故障后，充电桩程序就根据故障分类标准进行故障综合，最后进入到相应的故障处理流程。图4-4故障保护的流程1、故障检测功能模块 充电桩控制板读取IO口来获得接触器等电平反馈信号，读取AD口来获得输 出电压、输出电流、充电枪检测点等电压反馈信号，读取CAN状态寄存器获得CAN总 线状态，读取UART(通用异步串口收发器)状态寄存器获得UART总线状态。 2、故障综合功能模块 故障综合功能模块完全由软件完成，它是一

35、个周期性的任务，通过综合故障检测到 的信息和系统所处的状态作出故障判断。如果有故障，则进入故障处理环节，无故障， 则等待下一个周期的到来。 3、故障处理功能模块 故障处理功能模块主要使用以下三种方式进行故障处理： (1)充电桩立即停机停用，只有经过维修人员维修后才能继续使用； (2)充电桩停止本次充电，并且做好故障记录，只有重新插拔充电电缆后，故障 清除，才可以进行下一次充电； (3)充电桩中止充电，等待故障排除后可以重新握手通信恢复充电。 4.8人机交互的软件设计 充电桩控制板控制指示灯显示充电桩的工作状态；控制板与读卡模块通 信，实现刷卡验证的功能；与触摸屏通信，实现充电过程的状态显示；与

36、电表模块通信， 实现充电度数的计量。图4-5为人机交互的模块连接图。图419为充电桩运行过程中 人机交互过程图。 图4-5人机交互的模块连接图1、触摸屏交互功能模块 本次设计中使用带串口功能的触摸屏，充电桩控制板和触摸屏使用串口通信， 通信协议为Modbus。控制板和触摸屏采用主从的方式进行交互。触摸屏为主机，控制 板为从机。触摸屏可以向控制板读取寄存器数据，读取逻辑线圈的状态，改写寄存器数 据，设置逻辑线圈状态。操作人员通过触摸屏可以查看电池、充电状态等信息，可以启 动、停止充电桩运行，可以设置运行参数等。 2、刷卡验证功能模块 本次设计中使用独立的读卡模块实现读卡、写卡等功能。充电桩控制板

37、与读卡 模块之间通过串口进行通信，降低了设计难度。控制板只需要向读卡模块发送自动寻卡 的指令即可等待，一旦读卡模块检测到卡时便会上传给控制板，进行卡身份验证。 3、计量计费功能模块 本次设计中充电桩控制板通过串口从电表模块读取电量信息。在开始充电时记 录初始电量，充电过程中实时计算已用电量和相应费用，在触摸屏上显示，充电结束时， 触摸屏显示总的充电度数和费用。 第5章 调试 5.1调试结果分析本设计流程中采用的是C编程语言，依据分析的可行性，以KeiluVision3软件作为运行环境，开始程序的设计和调试等。经过多次的调试，终于有了一个可观的结果，我承认有些微小的问题我还没有处理好，因为很多作

38、用其实是矛盾的，有利有弊，我只有选择利大于弊的做法，不是所有的东西都是完美的，但是我们可以尽力的做到完美。我是调试和做实物在一起的，这样节省了很多时间，并且有利于发现问题及时分析和解决。5.2电路出现的问题及解决方法 找一辆快耗尽电的电动车，把设计的设计的充电桩接通电源和电动车，有一个电源指示灯亮红色，如果充满了电电源显示绿灯。晶体显示管显示了充电剩余的时间，发现时间对不上，我认真的检查了一遍电路的元器件，观察一下全部的元器件是否存在损坏情况，并利用按键来进行测试，同时使用电压表来确定电路的畅通，总体观察其功能是否保持完整。不过，在测试过程中出现了一个小问题，大费周章也不能很好地解决，后来经过

39、老师的指点，发现元器件中的某个引脚未能正常连接。这都归咎于我想法的简单化，有点知识没有学全，以后我会更加认真的做每一件事。总结伴随当下新能源时代的逐步到来，电池被越来越广泛的应用到各个产业之中，尤其在工业机械设备、新能源电动汽车和与生活息息相关的各类电器得到了充分的发展。大到航空航天实验设备的运行，小到手机电池的充电均离不开电池的帮助。当下新时代，对于新能源的发展已经势在必行，作为优势能源的电力自然而然的得到青睐，而将电力储备使用的电池行业的发展也自然备受关注。本次所选课题符合当下时代进一步发展的需要，具有很高的研究价值。而作为电池领域的排头兵锂电池首先得到了广大用户的认可，相比较于传统的铅酸

40、蓄电池，锂电池的电容量更大、所占容积更小、具有高储备能量密度和使用寿命更长、电池的使用需求也更加的合理。而且，锂电池的一大优势便是没有“记忆效应”，在使用上更加的“温和”。在过度放电的前提下，满充状态下的锂电池在放电时其内部的锂电晶型会造成永久破坏。因此在使用上用户要注意对锂电池的保护，防止使用不当造成锂电池的损坏而导致使用寿命降低，在本次设计中也体现这一点。基于上述信息和观点，本次设计主要是以运用51单片机功能为出发点的充电器设置，在设计模块中的主要功用是接受系统的反馈信息同时检测接受信息并做出判断处理。通过具体的电路设计，可使系统更加稳定可靠的运行，让电池的充电过程更加的安全省心，同时加大

41、了对于电池的充电保护，尤其在断电保护和故障预警方面做出了进一步的设计优化。这样不但可以满足用户的实际使用需求，同时还保障了充电过程的可靠性，增加了电池的使用寿命。考虑到锂电池在过度放电的情况下导致的锂电晶型永久破坏，因此在设计中的芯片采用MAX1898，预防电池因过度放电带来的不必要损伤。同时在方案中注重充电防护，在预充、快充和满充三环节加大模块的监控力度，尤其是断电过程的情况判断处理，做好故障处理跟蜂鸣报警系统的连贯。对于系统的外围电路设计，采用了多个小部分如预设电流电阻和电容等，使模块在监控中有充分保护措施。在本次毕业设计中，让我学到了很多课本以外的知识点，自身的实际设计和构思能力得到了大幅度的提升，加深了我对于相关知识点的认知和思考，同时对于资料查阅的厌烦感和无聊感也在逐步削减，让我对学习更加的坚持。在单片机电路设计方面，让我充分认识到厚积薄发的必要性，使我明白在以后的学习中要更加努力更加认真，对待问题的处理要冷静果断，保持积极向上的正面情绪。在设计之初，由于自己的知识面狭小，综合的构思和判断能力薄弱，在很多看似复杂但实际容易的问题处理的环节上做了很多无用功，曾一度导致进度缓慢，最终在指导教师和同学的帮助下加快了进度。在这里十分感谢指导教师的引领和同学的帮助，在以后的学习和工作中我会更加努力认真，做最好的自己。