基于单片机控制的充电桩设计

　　摘要

电动汽车充电桩是新能源汽车产业的重要组成部分。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。

因此，进行对电动车在充电桩产品上的技术突破，是迎合市场需求的一种表现，同时也可以有效改良普通充电桩的缺陷。本课题采用的是基于两种芯片的设计办法：AT89C52，以及LM331。确定技术之后，根据所学的单片机知识和C语言知识共同设计出这款新型的充电桩，采用电流型的控制方案，使其均衡充电，不影响充电桩和电动车的寿命。利用创新的集成电路把控制芯片和大功率管集成在一起。本课题将工作重心放在了充电桩硬件部位的试验上，通过输入各类指令来进行模拟，其中使用C语言来进行编程完成其软件部分，总体来说，该设计是基于C语言和单片机的智能设计。

　　关键词：LM331；单片机；C语言；充电桩；电池寿命。

　　第1章绪论

　　1.1课题的目的和意义

1.1.1课题的目的

在研究过程中，随着科技的发展新能源汽车产业会受到电动汽车充电桩的影响，产生较为积极的变化。在2016年，xxx办公厅结合行业特点，制定了一系列优惠政策，对电动汽车行业实施资源倾斜。与此同时，xxx也发布了新的行业检测标准。在其影响下，电动汽车充电桩变得越来越重要。需要注意的是，电动汽车的发展与电动汽车充电桩密切相关。简单来说，前者的发展速度过快，导致后者的数量与质量逐渐无法满足用户需求。除此之外，电动汽车充电桩的充电速度、生产规模以及使用安全性都会对电动汽车行业构成显著影响。在新标准的影响下，电动汽车充电桩的生产效率与生产规模均呈上升趋势。因此，企业要集中内部资源，加大产品研发力度，提升电动汽车充电桩的安全性、兼容性以及适用性。通过这种方式，既可以推动企业发展，又能拓宽行业的利润空间。

1.1.2课题的意义

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，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XX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，而且覆盖面规模也不怎么广泛，数量也特别少[1]。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而言，大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。

　　1.2课题背景

从实际情况来看，非再生能源与可再生能源均属于一次能源。在这其中，天然气、石油以及煤炭均属于非再生能源。据了解，非再生能源的形成周期极长。在能源危机的影响下，新能源开发逐渐成为学界的主要研究内容。以汽车产业为例，该产业的能源消耗量非常惊人。随着社会经济的发展，国民收入水平越来越高。与此同时，家用汽车的数量越来越多，导致石油资源的消耗量直线上升。基于这一点，新能源汽车获得了巨大的发展空间，并逐渐成为推动社会经济发展的核心要素。在此基础上，本课题选取电动汽车充电桩为切入点，详细分析社会经济发展与新能源汽车之间的关系，并对相关领域展开深入探究。通过这种方式，既可以推动行业发展，又能完善新能源汽车领域的理论研究体系。

　　1.3国内外动态

现阶段，国外的充电技术水平与产品质量远胜国内。在现代化信息技术的影响下，充电产品获得了巨大的发展空间。具体而言，安全化、智能化以及多样化均属于充电产品的主要特点;在LIN、RS485以及CAN等技术的影响下，安全化、高速化以及多样化均属于监控系统的主要特点。据了解，水力发电与核能发电是法国的主要发电方式。数据统计显示，法国的水电站提供了1/6的电力，核电站提供了3/4的电力。因此，法国的电量系统拥有价格低廉、能源干净以及电量充足等特点[2]。在实践过程中，法国XX结合实际情况，跟雷诺、PSA以及EDF等公司齐心协力，完成了电动汽车的研发。随后，法国XX选取拉罗切里为试点城市，生产了50辆小型4座电动车。不仅如此，该地区还拥有12座充电站。以日本为例，该国的新能源汽车起步较早，充电器的质量与充电速度远胜国内。在此基础上，日本的电动汽车越来越多，并逐渐成为大众的主要代步工具。以X为例，该国的新能源汽车数量极多[3]。究其原因，充电速度与产品质量是X充电设备的核心优势。FirstSolar结合区域特点，选取加利福尼亚为试点城市，并将快速充电桩建在了高速公路上。在这种情况下，司机仅需3.5小时，便可完成充电[4]。

截止到2010年，重庆、河南、湖北、浙江、北京以及上海等地区先后着手建造充电站。在研究该领域时，北京交通大学选取单体充电机为切入点，详细分析了30kw单体充电机的产品性能与产品质量。需要注意的是，30kw单体充电机具有极强的兼容性。简单来说，研究人员可以采用三台联动的方式，对输出电压进行调整。据了解，30kw单体充电机的充电模式较多，充电速度非常快。截止到2012年，国内共有7400个慢速充电桩以及36200个快速充电桩。随后，xx结合实际情况，制定了一系列优惠政策，对电动汽车行业实施资源倾斜。在其影响下，科研院、高校以及企业等主体倾尽全力，攻克了多个技术难关。在此基础上，该产业逐渐成为推动区域经济增长的核心要素。

　　1.4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

在研究过程中，本文发现酸蓄电池是充电桩的重要组成部分。究其原因，性能好、价格低以及容量大均属于酸蓄电池的主要特点。以性能好为例，部分电池存在记忆效应。也就是说，充电时长以及储备电量会对电池构成显著影响。对酸蓄电池来说，其记忆效应并不明显；以价格低为例，生产成本与产品销量密切相关。酸蓄电池的原材料较少，生产成本不高，降低了电动汽车的推广难度[5]；以容量大为例，电动汽车的行驶里程会受到容量的影响，产生较为明显的变化。因此，设计人员要结合实际情况，不断扩大电池容量。不过，蓄电池也存在一定的局限性。具体而言，充电时长与充电频率会对电池寿命构成显著影响。除此之外，放电过度也会对酸蓄电池的使用寿命造成负面影响。不仅如此，酸蓄电池的体积较大，携带难度极高。需要注意的是，泛充、均充、快充以及涓充均属于充电过程的主要环节。以涓充为例，该环节会产生热能，并对电池质量构成负面影响。基于这一点，研究人员要以微处理器为基础，提前检验电压大小，从而提高电流的稳定性；以快充为例，该环节会增大电压。随着电压的上升，均充会取代快充，继续输送电能。在均充阶段，电压会变得越来越稳定，电流逐渐呈现出下降趋势。随着电流的下降，泛充会取代均充，完成电能输送[6]。由此可见，充电桩的工作原理并不复杂，但充电环节较多。在这种情况下，研究人员要以充电环节为基础，不断优化产品性能，具体包括充电速度、使用寿命以及产品安全性等等。

　　2.2方案概述

2.2.1方案比较

表2-1MP3方案的比较

2.2.2方案论证

表2-2MP3方案的认证

2.2.3方案选择

结合图表表明，可以知道，思考到研究难度还有研究耗费两个层次来说，措施二是极其好的一个措施，有着研究难度较低。稳定性更好，使用的芯片很少，并且原料市场也易于采购，价钱较低。而其他的措施，首先是研究难度较高，其次研究耗费较多，因此综合思量，我采取了措施二。

　　2.3主要芯片介绍

2.3.1主芯片AT89C52单片机

图2-3-1AT89C52SND1引脚图

1.重要性能数据：

（1）和MCS-51系列引脚还有命令在兼容上是极其符合的；

（2）包含了1000字的擦写时长；

（3）耗费少的性能和低消耗空闲性能；

（4）8K字节bootflashmemoryUSB/UART下载代码；

（5）包含三级加密程序储存器；

（6）零到二十四赫兹全静态的人工实验；

（7）包含8数量的中断源；

（8）三十二个可以用于编程的I/O；

（9）三个16bits的定时计数器；

（10）能够编码的有着串行属性的UART通道。

2.功能特性概述：

AT89C51总计包含了四十个引脚端口，在这其中不只有着两个读写口线以及两个全工串行通信口，同时还有着三十二个外部双向I/O端口，最为主要的是还有着两个外中端口，其实AT89C52有六个中断向量的，也具备三个定时起中断以及一个串行口中断。它是独特的一类高性能然而电压低八通用微处理设备的单片设备。在其片内贮存设备里，总共具备一百二十八个单元独特贮存设备，其中某些字节是有具体意义的，然而大量的字节还未赋予具体意义。为达到精准录入的目的，复位的行口终止单元食“零”。AT89C52较AT89C51多了一个定时/计数器。

P0口：其是一个八位地址/数据总线复用口，假若把P0端口录入“一”的时候，如此P0能够用于高阻抗输入端用，如果将P0当做输出口，如此一单位的电流能够让八个门电路按平常的效果运行[7]。

TTTL逻辑门电路：如果把P1端口录入“1”，如此可能产生上拉电阻更改成高电平的情形，不仅如此外部信号还可能会特定界限上降低引脚，且一起输出特定对照的电流数据。P1.0当做时钟输出的道路，它的性能是I2。除此，P1.1的性能则是当做定时功效。

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[8]。

P3口：其也有普通的输入/输出口线外，它还有更重要的次要性能，就是其能够受到操纵数据作用在程序校验以及Flash极速贮存器编码。

RST:RST接口能够维持超过两个的机器时长，还可以叫做复位输出，假如发生震荡情况，单片机会立即复位。

ALE/PROG：其性能首要有2个；时钟输出和定时。务必要留神的是，对它实施使用时期，特别是对外部信息贮存器实施考察时，如此就会轻视单个的ALE脉冲，同时在地址锁存层次，会严禁超过八位的输出，仅对SFR区才能够抑制ALE操纵，这时的ALE才可以被movx以及movc命令唤醒。此外，ALE遏制位是不具备影响的[9]。

PSEN：作为程序的一个储存接口，假如AT89C52单片设备在对信息以及命令实施应对时，单位机器周期将实施2个脉冲的输出作业。不只这样，外部还可能产生PSEN的信息，共计2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[10]。

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[11]。

2.3.2LM331芯片介绍

图2-3-2LM331引脚图

实际上，该芯片是由X的NS企业生产的，与同功能的芯片相比，其集成电路的精度和应用场景可延展性优于同行，因此这里使用的是该家公司的产品作为A/D转换设备的处理芯片，并用于调频和调压。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%[12]。当其满足工作频率＜0.1hz条件时，其外特性表现为线性，且比较稳定。对于频率和电压的变化能够表现出优良的波形变换特性。此外，分辨率的级别能够保证在千万以上。通过对外特性进行实验，可以搭建合理功能的V/F，以及F/V的转换模块。

表2-3LM331引脚描述

图2-4LM331内部结构图

　　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

图3-1系统总体框图

本设计选择的芯片型号为“LM331”，该芯片的主要作用是利用内部的电路逻辑结构实现充电和显示的控制，以及实现高精度的变流，这块芯片还能与单片机系统联合实现对充电操作的命令，并且为电源模块的搭建贡献作用。

　　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[13]。电路在设计过程中，其含有内部和外部的时钟功能，这里考虑到实现的方便性以及编程的简便性，使用的是内部的时钟。在内部的时钟实现电路中，有C4和C5两个电容，在正常工作时的容值均为30pF[14]。虽然电容值能够在一定程度内保持稳定不变，但是由于电容本身的特性，其电压不能随时间突变，所以会进一步影响振荡器的启动时间、震荡频率以及在时间和幅值上的平稳程度。一般而言，晶振的频率越高，时钟运行得就越快，而单片机的反应时间越短，对于储存器而言，其速度必须保证在一定的范围内才能够确保正常工作。这里特别要说明的一点是，在各种电路，包括晶振还有控制回路等，需要保持一定的距离，这样来防止寄生电容的干扰，维持精度。这里使用的电容需要保证温度稳定性和静电稳定性。

通过电路原理图可知，在复位功能的电路模型中，可以使用两种办法进行复位的实现：第一、上电复位；第二、按键复位。这里使用自动的上电复位比较方便，可以节省时间和按键的编程复杂性，所以使用的是上电自复位。并且这种方式能够利用电容进行启动，能够与实验紧密联系起来。

图3-2单片机最小系统电路

　　3.3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，为了避免充电过程发生意外，就必须具备一个必要条件，便是期间电压高于电动势。充电的方式有两大类，即恒压与恒流，本次为了增强电池稳定性，延长电池的使用期限，从而采用恒压设计[15]。在电量增加时，为了使设计工作结果更具客观性与科学性，采用固定电压便为上策。电池内电压与电流的变化趋势成反比，如此，二者产生的变化曲线便更加科学、客观。

图3-3充电电路

　　3.4AD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[16]。

图3-4AD转换电路

　　3.5电源电路

电动车的蓄电池是保证电能质量的关键部件。电动车的驱动电能是直流的，而电网中的电却是交流电，实现二者转换的就是蓄电池。电动车的动力电池可以接在220V的通用交流电上，首先由变压器将电压和电流进行转换，得到低压可用于电动车驱动的电能幅值，但此时不可直接使用，而是需要将交流电转变为直流电进行驱动，用到的设备是整流装置，对于整个过程中，涉及许多步骤的晶闸管通断，输出的波形可能不稳定，有许多毛刺，还需要进行滤波来得到稳定的电能。总体来看，就形成了电源回路。

图3-5电源电路

　　3.6显示电路

在上面的模块图中，可以看到用到了七段数码管进行显示。这是利用了LED的实用性和表达直观性。一般而言，其显示的方式有共阴极、共阳极两类。对于共阴极的接线设计，能够满足要求的芯片有CD4511、74LS48等进行编码和解译功能，具体来说，就是将所有LED阴极和GND接在一起。而共阳极的接线则是需要结合74LS46和74LS47等等。

图3-6显示电路

　　3.7指示灯设计

对于不熟悉充电桩的顾客，产品充分运用灯光的指示功能，在电桩前利用不同颜色的灯光指引，可以有效减轻电桩操作使用难度，使汽车充电变得更加便捷。

灯光电路图如下所示，该灯使用赤，绿，黄颜色的LED灯管，半径为2.5mm，由AT89C51的各管脚控制，当输入电平较低时，LED指示灯会发亮；反之，若输入的电平较高，则指示灯会熄灭，指示灯闪烁与否实际取决于AT89C51的内部计数器[17]。

图4-3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

　　3.8计量方案设计

电能计量对于电桩具有极其重要的作用，其采用的芯片功能强大，具有防窃电，测量有功、无功电能等参数的多重优点，现如今，市场上大多采用RN8209G型号芯片。芯片还具有数字处理功能，能够将获取数据转变为具体数字输出，它利用SPI接15I与MCU进行通讯。电桩还具有电流传感器，这是一种测量电流的装置，在其中的单片机更是成为了计量模块的MCU，其型号为NECF9224。电能计量的精准度较高，其RS485接口还可以连接控制系统，以便数据传输控制稳定。电能计量模块设计方案如图4-3所示。

图4-4计量单位设计方案

（1）电能计量模块的参数如下：

（2）电压测量范围：76–264V

（3）电流测量范围：10mA–60A

（4）最大功率：13.2KW

（5）数据输出形式：M．BUS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。

（6）输出数据：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能。

（7）工作温度：-30-+70℃

　　3.9交易结算单元设计

智能卡别名为“IC”卡，能够存储信息，给数据加密上锁，处理数据，他将功能集中于一张小小的芯片上，在安装在塑料基片H引中。由于卡内集成电路的种类不一，“IC”卡又有不同的类别，例如专用于存储功能的为存储卡；和功能更加广泛的逻辑加密卡、CPU卡等等。由于存储卡单一具备存储电路，所以其单单具备存储功能，而不具备其他功效，但是具有简便，低成本的优点。逻辑加密卡相比存储卡功能更多，其具备逻辑控制能力，需要密码解锁存储区，一定程度上保护了数据隐私不被侵犯。CPU卡将比前两者，则更显功能强大，其含有处理、存储、算法、操作等能力，能够存储大量信息，其数据安全性也能得到有效保证。依据数据读写界面分类，智能卡又可分为接触式，非接触式两种。接触式智能卡通过设备与卡的接触传输信息，其缺点也是非常明显的，就是容易不经意间造成智能卡自身的损坏，以至于今后无法使用。非接触式智能卡具有射频收发电路，这就意味着设备与卡无需接触，即可实现数据传输，具有便捷，可靠性高的优点。非接触式IC卡结构如图4.3所示[18]。

图4-5非接触式IC卡结构

现如今，市面上流通较多的IC卡多为Mifare1和CPU两种，而充电桩则使用前者进行交易。Mifare1的应用在生活中很常见，例如停车费、过路费的收缴；城市一卡通；银行会员卡等。此次设计Mifare1卡可与城市一卡通系统技术兼容，待充电桩规模扩大后可融合于其中，以便顾客使用。

　　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。从充电桩的基本原理及实践生活中产生的实际需求，设计了其工作流程图。

图4-1软件设计总流程

在设备接通电源后，充电桩会先重置该设备的运行指数，其次检测其外部环境是否有异常，如果所有检测都符合充电标准，则电桩开始放电工作，然而这一切都离不开充电桩控制系统的“保护”。顾客如有需要使用充电桩，在操作前必须刷卡，如果卡内密码对应正确，则可以正常开始充电服务。充电桩具有完善的安全保护措施，在顾客使用前，它会自动检测设备插头与其接口是否正常匹配，如果匹配存在失误，它会第一时间提醒顾客，并阻止顾客的进一步操作，除非充电连接无误，否则系统便会一直停留在这一界面，以避免可能产生的危害。充电桩有三种充电模式可供顾客选择，若顾客想要支付一定金额或想让汽车电量达到期望水平，可以选择按金额、电量充电。若顾客单纯期望使汽车充满电，则可以选择自动充电这个功能，电流强弱是电池满电与否的关键，所以充电桩会以此为依据进行辨别，从而决定是否继续充电。三中充电模式在完成工作后都会立即取消充电，且都需要顾客刷卡结算。

在电池放电时，出于对设备及电桩的自我保护的考虑，相关人员要时刻关注电源电压频率等参数；充电桩对于电源有一定的质量要求，如果在操作过程中电源的质量未达到这一点，充电桩便会拒绝充电，以达到保护设备的目的。

　　4.2温度测量程序设计

为了避免出现充电过程中充电桩出现过热从而损害自身的现象发生，汽车充电桩具有严格的温度检测功能，而这都要依赖其控制系统。目前，汽车充电桩采用的最多是DSI8820传感器，它通过采用冷却风扇来达到温度调节的目的，以便维持设备稳定工作并降低设备能耗。

DSI8820以单总线方式进行温度数据传递，并且能做到实时准确传输，具有资源结构简单，成本低廉的优点。因此，我们在为其编程时应根据其特点十分注意其协议。DSI8820访问过程如下：

1)总线初始化；

2)修改DSl8820的ROM

3)总线是指令发送至DSI8820的必经之路。

DSl8820用单总线方式进行数据传输，其具有三个管脚：VCC、DQ、GND脚，三者中DQ脚连通总线，在帮助AT89C515总线功能发挥时需加大上拉电阻。按照总线时间顺序，设备温度显示流程图如4-2所示。

图4-2温度读取子程序流程图

　　4.3充电控制流程的软件设计

图4-3充电桩充电流程

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八个阶段：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。

　　4.4故障保护的软件设计

故障保护需要对各模块各功能的元件分别进行保护，但考虑到实用性和经济价值，保护元件的安装需要考虑实际的接线和位置要求。此外，其具体的步骤如图4-4所示。一定是先进行检测，然后把检测的数据发送给中心控制端，进行综合分析后，中心管理模块发出处理的信号和开关操作。这里的检测主要是位于桩系统控制板的部位，最好发出各级别的报警：人身安全的最高等级、设备安全级别以及提示级别。

图4-4故障保护的流程

（1）、故障检测功能模块

对于检测而言，重要的参数就是电压、电流等信号，且需要得到总线的处理状态。因此，对于输出的电量特性，需要对I/O进行测量，得到他们的瞬时信号。而后需要检测AD的端口，得到监测点的反馈信号。此外，需要对CAN进行检测，还有考虑UART的信号，综合得知母线的具体描述。

（2）、故障综合功能模块

这里的综合，不仅指的是信息的归纳和整合，而且是所以控制的中央处理端，在这里，需要利用程序（软件）实现故障的鉴别、监视和发出处理命令[19]。

（3）、故障处理功能模块

对于充电桩发生的故障，可以采取的解决办法有以下三类：

1）如果充电桩发生故障，需要即使在线路中断开连接，接下来在不带电的情况下有专业人员进行检修；

2）在本次充电结束以后，记下故障的具体表现，而后断点检修，在恢复正常以后才能进行下一次工作；

3）在充电中，已经确认发生了故障，则立即停止供电，而是由人员检查后再继续工作。

　　4.5人机交互的软件设计

如图4-5是设计的人机交互概念图，触摸屏是人能够直接操纵的，人们在这里可以选择是否充电，并检查充电的容量；指示灯用来指示充电是否正在进行；计量电表则是对充电速率和功率进行计量统计；读卡槽的设计能支持用户插卡取电。而这些交互功能都需要有充电桩的总控系统来进行控制。而图4-5表示的是充电过程中的具体交互示意。

图4-5人机交互的模块连接图

1、触摸屏交互功能模块

交互的本质是通信，是信号的调制和解调，这里采用的通信协议是“Modbus”，使用主从复合式的串口通信，控制板做主机的时候，实现从总控室到触摸屏的控制。而触摸屏做主机的时候，则是将用户的命令转换为信号发送给总控室，将数据写入寄存器，完成数据信息的交换。

2、刷卡验证功能模块

本方案支持读卡和写卡的操作。卡槽的信号以串行的形式发送给控制板，然后控制板再命令读卡的模块进行寻找信息的操作。此后，读卡槽等待若干时间，当有磁卡的信息录入后，控制板就进行身份的校验。

3、计量计费功能模块

在这次的方案里，表示电量的信号是串行接入的计量模块，模块首先记录原始用电信息，而后检测当前的用电速率，结合时间和当地的计价要求，计算出需要花费的费用，并实时显示用的电量和应缴费用[20]。

　　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。

　　结论

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XXX，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。

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。

　　致谢

故事不能停留在第五章，写下去才知道梦有多长。

行文于此，终为落笔。追梦佳大，始于2017年金秋，终于2023年盛夏，四年的本科生活如白驹过隙，时间就是这么让人猝不及防，四年前入学之日仿佛就在昨天，目之所及之处，皆是回忆。在这座充满历史感的老校中，我曾经有过低落、难过，但也被信任、被关怀，留下的是青春和沉甸甸的收获，纵使心中有万般不舍，但心中仍怀感激之情。作为佳大学生，我可以自豪的说，我在这里度过了青春中最美好的时光。

桃李不言，下自成蹊。感谢我的论文指导老师韩华老师，您从未嫌弃我才疏学浅，当面受教。从选题到开题报告以及多次修改后的定稿，每一步都离不开韩老师对我的指导和帮助。韩华老师知识渊博，为学严谨，待人真诚，体恤学生，指导有道，令我由衷的敬佩。饮其流时思其源，成吾学时念吾师。学生深知遇良师不易，在您身上学到的优良品质都是我收获一生的财富。在此，学生心怀感恩之情，难以忘怀。

父母之爱子，则为之计深远。感谢我的父母二十年来对我无微不至的照顾和默默无私的爱，他们是我身后最坚强的后盾，不论我在外面受到什么样的委屈，家都能化解我所有不良的情绪。养育之恩无以为报，只有不断努力，成为你们的骄傲。你们的健康和快乐才是我不断前进的动力。

平生感知己，方寸岂悠悠。感谢我的舍友们对我四年来的包容和关怀、帮助与支持。缘分让我们四个相聚在一起，花开花落总无穷，唯有友情藏心中。感谢所有帮助过我、给予我善意微笑的所有同学，祝大家前程似锦，也祝我们保持热爱，奔赴山海，高出相见。

时光清浅，感谢相遇。感谢陪伴我整个大学青春的你，祝你前程似锦，归来仍是少年。以梦为马，不负韶华，感谢自己从未放弃，一直努力，终获得一个好的结果。愿眼中总有光芒，活成自己想要的模样，所有的美好如约而至。写尽千山，落笔是你；山水一程，三生有幸！感恩相遇，祝平安喜乐，所得皆所期。

祝愿吾师，身体健康、工作顺利！

祝愿吾友，前程似锦、未来可期！

祝愿吾校，孕育英才、桃李满天下！

　　参考文献

[1]盛凌伟，翟娟，彭泉，杨沁昕，章伯兆.电动汽车共享充电桩初探[J].电子元器件与信息技术，2023，5(02):227-228.

[2]ZhouZW，YanXH.SimulationAnalysisofHarmonicSuppressionforACChargingPileofElectricVehicle[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries，2023，1848(1).

[3]LiLei，LiuWeidong，LiDan，LiXiaohui，LiuXiaochen，HouYucheng，ZhangYajian，YangTing.Planningmethodforchargingpilesofintelligentnetworkedelectricvehiclesinconsiderationofchargingsafety[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries，2023，1754(1).

[4]GuoFeng，WangYawen，DengGuoru，LiaoRongtao，YuZheng，HuShuai，JinBo，ZhaoJinhui，XiaoDongling.ResearchandAnalysisontheUseof5GandBigDatainUrbanElectricVehiclePublicChargingNetworks[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries，2023，1744(2).

[5]韦春玲，姜楠，方小燕，余丙武，杨宝平.一种太阳能手机充电桩的设计[J].电子测试，2020(15):35-36.

[6]徐启明，徐永胜.一种新型太阳能无线充电桩系统的设计[J].科技风，2020(21):12.

[7]王新艳，李晶华，李艺超.基于MCGS的充电控制导引功能检测系统的设计[J].计算机测量与控制，2020，28(04):41-45+52.

[8]王新艳，李晶华，李艺超.交流充电桩控制导引功能检测系统的研究[J].工业仪表与自动化装置，2019(06):34-39.

[9]陈锐衡，周頔，郑文斌.基于WiFi的充电桩数据传输装置[J].计量与测试技术，2019，46(11):1-3.

[10]柯磊，谢东升，唐深兰，饶宛渝，胡燕鑫.基于充电枪自动感应脱落收线系统的研究[J].电子测试，2019(14):36-37.

[11]杨颖琦，冯凯，刘千瑞，胡建强.基于路灯二次开发的新能源共享充电桩[J].科技创新与应用，2018(35):15-16.

[12]许毅.一种电动汽车应急充电控制器的设计[J].内燃机与配件，2018(22):189-191.

[13]袁向凯，李桃柱，寇亚超.电动汽车充电桩防电池反接电路设计[J].科技风，2018(23):21.

[14]曾泽良，李斌，李秋梅，周强.一体式智能充电系统[J].电子制作，2018(13):29-30+7.

[15]闫晓鹏.汽车充电桩CAN通信控制关键技术应用研究[D].大连交通大学，2018.

[16]张光雷.光伏交流充电桩设计及控制策略研究[D].东北电力大学，2018.

[17]孙磊.小区电动自行车直流充电桩的研究设计[D].曲阜师范大学，2018.

[18]黄鹏鲲，刘廷章，梁立新，金勇.基于Web的交流充电桩远程监控系统设计[J].工业控制计算机，2018，31(01):41-42+45.

[19]邵伟伟.V2G直流充电桩的设计[J].洛阳理工学院学报(自然科学版)，2017，27(04):51-54+69.

[20]王海群，彭川.电动汽车充电桩控制系统的设计[J].微型机与应用，2017，36(23):107-111.

[21]彭川.电动汽车充电桩智能充电系统的研究[D].华北理工大学，2018.

[22]赵慧娟.浅析电动汽车充电桩系统设计[J].电脑知识与技术，2017，13(30):255-256+274.

[23]陈虹，雷倩倩，郭子瑄，先进，杨柳，郭涛涛.多功能太阳能迷你充电桩[J].通信电源技术，2017，34(05):36-38.

[24]龚涛.电动汽车充电远程监控装置研究[J].电脑知识与技术，2016，12(36):212-214.

[25]臧红岩，付海燕.智能无线电动汽车充电桩研究[J].无线互联科技，2016(22):13-14.

[26]江治国.基于MSP430单片机的交流充电桩设计[J].井冈山大学学报(自然科学版)，2016，37(05):69-73.

[27]邢苏，周国平，何碧漪，仲骥.一种新型高精度充电桩系统的设计[J].计算机测量与控制，2016，24(03):190-192.

[28]余浩.电动汽车充电校准方案的研究[D].北京交通大学，2014.

[29]朱雪建，俞梁英，宋玉荣，范义武，罗永松.基于51单片机的电动车智能充电桩自动灭火系统设计[J].轻工科技，2020，36(11):49-51+70.

[30]杨亚萍，张宇航，高飔澜.基于单片机的电动车电池充电保护装置设计[J].西安航空学院学报，2020，38(03):78-81.

[31]刘晓.基于单片机控制的锂电池充电和保护系统研究[J].计算机产品与流通，2020(05):125.

[32]陈鹏.基于单片机的电动汽车充电系统的开发应用[J].内燃机与配件，2020(05):229-231.

[33]江苗，张文静，杨东，黄超阳.基于单片机的电动车防过充充电装置的设计[J].黄河科技学院学报，2020，22(02):50-52.

[34]郝迎吉，鲍缘杰，曾定.一种基于单片机的电动汽车充电系统的设计[J].电子设计工程，2019，27(24):61-65.