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淺談智能充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

更新時(shí)間：2023-11-30

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：文章設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)車智能充電系統(tǒng)，以智能充電樁為數(shù)據(jù)采集終端，將采集到的電壓電流等信息上傳給服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫接受到信息后進(jìn)行分析并同時(shí)傳輸?shù)娇头恕Ｔ撓到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安全高效充電、數(shù)據(jù)分析、公平計(jì)費(fèi)、節(jié)能環(huán)保等功能，很大地提高了用戶體驗(yàn)，能夠有效管理和控制電動(dòng)車的充電，對提升社會(huì)穩(wěn)定、構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能充電樁；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；高效充電；

0 引言

本系統(tǒng)以傳感器作為數(shù)據(jù)采集終端，通過電流電壓、溫度、氣體、RFID射頻識(shí)別等傳感器將信息匯總至主控MCU，并通過WIFI上傳至服務(wù)器，服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端實(shí)時(shí)查看。本系統(tǒng)不僅可以安全充電，還具備網(wǎng)絡(luò)支付、數(shù)據(jù)分析等功能，為政府監(jiān)管部門、從業(yè)人員、產(chǎn)品用戶提供可靠的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫主要為硬件、APP以及大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將各部分鏈接為一個(gè)整體，并將各部分的反饋情況傳輸給需要的模塊，實(shí)現(xiàn)信息共享，并添加太陽能板，從而打造出一個(gè)整體化、系統(tǒng)化、高效化、節(jié)能化的智能充電系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 智能充電樁模塊

充電樁使用在平常生活中隨處可見，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，充電樁向小型化、模塊化、集成化、智能化、高效化方向發(fā)展。尤其是近幾年以來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起，為智能化充電樁提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和技術(shù)手段。本文介紹的智能充電樁的具體功能結(jié)構(gòu)如圖1所

示，主要包括高性能微處理器、液晶顯示模塊（顯示二維碼充電信息等）、矩陣鍵盤（交互接口）、傳感器模塊以及無線通信模塊。

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圖1 智能充電樁功能框圖

電流電壓模塊作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電流電壓信息采集模塊簡介如下：

（1）使用開關(guān)電源供電方案，在85VAD～260VAC電壓范圍內(nèi)均可以正常工作，并且可以同時(shí)

為其他模塊進(jìn)行相應(yīng)供電。

（2）使用智能電氣參數(shù)測試算法，準(zhǔn)確度可達(dá)到國家0.5s級標(biāo)準(zhǔn)，具有很高的準(zhǔn)確度。

（3）本產(chǎn)品具有TTL和RS485電平接口，可以實(shí)現(xiàn)對該模塊的遠(yuǎn)程管理。

（4）本設(shè)備進(jìn)行了高電流測試，可在60A電流下進(jìn)行正常工作。安全數(shù)據(jù)傳輸：向數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)時(shí)，采用WIFI、LORA、GPRS等安全可靠的無線通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中不會(huì)被截獲破解，數(shù)據(jù)傳輸采用PGP（PrettyGoodPrivacy）技術(shù)，PGP采用了一種RSA和傳統(tǒng)加密的雜合算法，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/span>

1.2 服務(wù)器平臺(tái)

服務(wù)器采用分布式集群設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)拆分，應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)分離，負(fù)載均衡，反向代理和CDN，保證了大量用戶的使用，*大限度地提高了系統(tǒng)整體的運(yùn)行速率。使用抽樣分析，數(shù)據(jù)區(qū)間對比和對比分析模型曲線類型。

1.3 APP應(yīng)用程序

（1）關(guān)鍵技術(shù)：用戶平臺(tái)的數(shù)據(jù)模型、MVP設(shè)計(jì)模型

（2）軟件名稱：智能充電樁APP。

（3）軟件運(yùn)行環(huán)境：Android系統(tǒng)。

（4）軟件開發(fā)平臺(tái)：AndroidStudio。

（5）軟件開發(fā)語言：java、xml。

（6）軟件介紹：移動(dòng)客戶端作為智能稱重系統(tǒng)的一環(huán)，服務(wù)于商戶，實(shí)現(xiàn)本地與云平臺(tái)的鏈接。

（7）功能分析：

①建立本地?cái)?shù)據(jù)倉庫，通過與服務(wù)器的交互實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的功能本地化服務(wù)；

②提供良好的用戶體驗(yàn)，方便顧客對信息的實(shí)時(shí)查詢；

③可與財(cái)務(wù)賬號綁定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢財(cái)務(wù)信息。

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圖2 服務(wù)器模式圖

2智能充電樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1主控模塊設(shè)計(jì)

控制模塊選用STM32F103ZET6作為主處理器，電路設(shè)計(jì)加入了防干擾電路，可起到防靜電、濾除雜波的作用。圖3為系統(tǒng)MCU原理圖。

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圖3 MCU原理圖

2.2 電流電壓模塊布局設(shè)計(jì)

該模塊主要由傳感器、AD轉(zhuǎn)換電路組成，電流電壓模塊印刷電路圖如圖4所示。

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圖4 電流電壓模塊印刷電路圖

2.3 PT1000的高精度溫度測量

在引線電阻和自熱效應(yīng)方面，通過三線制恒流源驅(qū)動(dòng)方案解決了該問題，并在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中添加了相應(yīng)的校正控制方案，使產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)元器件漂移和鉑電阻傳感器的自動(dòng)校準(zhǔn)，從而使產(chǎn)品具備優(yōu)異的溫度測量精確度。

本系統(tǒng)使用三線制恒流源驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)溫度傳感器，溫度傳感器將變化的電阻值信號（由溫度變化而引起）轉(zhuǎn)換成電壓信號。在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中、恒流源具有輸出電流穩(wěn)定、溫度不易發(fā)生改變、輸出電阻較大，輸出電流極性可更改等方面的特點(diǎn)。

另外，使用集成運(yùn)放構(gòu)成的恒流源具有穩(wěn)定性好、恒流性能佳的優(yōu)點(diǎn)，特別是在負(fù)載一端需要接地的場合應(yīng)用更加廣泛，因此采用了圖5所示的設(shè)計(jì)。

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圖3 三線制恒流驅(qū)動(dòng)法高精度測量方案

3 安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)

3.1 平臺(tái)組成

安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運(yùn)維效率并降低運(yùn)維成本。

AcrelEMS數(shù)據(jù)中心的能源管理提供監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)分析（能源管理）、蓄電池監(jiān)控、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關(guān)的子系統(tǒng)。

3.2平臺(tái)拓?fù)鋱D

3.3充電樁系統(tǒng)解決方案

數(shù)據(jù)中心停車場有電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)控問題。電動(dòng)自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動(dòng)汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠(yuǎn)程充電樁系統(tǒng)可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程完成啟動(dòng)充電、強(qiáng)制停止、單價(jià)設(shè)置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車的充電過程。同時(shí)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；能夠遠(yuǎn)程控制，提供財(cái)務(wù)報(bào)表和數(shù)據(jù)分析等功能。

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4 產(chǎn)品選型

5小結(jié)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳統(tǒng)市場正逐漸向智慧型市場、信息型市場轉(zhuǎn)變，各行各業(yè)對自動(dòng)化、數(shù)據(jù)管理和電腦化聯(lián)網(wǎng)的需求與日俱增，第三方支付已經(jīng)成為發(fā)展*快、*具有生命力的支付方式，已得到廣大消費(fèi)者與商戶的認(rèn)可。推出可掃碼支付、在線支付的充電樁是時(shí)代潮

流的大趨勢。目前，我國提倡用發(fā)展來改善民生，所以設(shè)計(jì)一套具有高效、安全、節(jié)能等特點(diǎn)的智能充電系統(tǒng)既是時(shí)代的要求，也是當(dāng)代大學(xué)生義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

在社會(huì)發(fā)展、政策導(dǎo)向、時(shí)代要求等的前提下，我國電動(dòng)車充電樁大多局限于小型化、非正規(guī)化的形勢，還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，有著很大的發(fā)展空間。

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作者簡介：吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。