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淺談電動自行車充電樁智能監測系統設計應用
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淺談電動自行車充電樁智能監測系統設計應用
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產品特點:
圍繞基于物聯網的電動自行車充電樁智能監測系統,介紹了該系統的軟硬件組成、各部分之間的聯系,以及該系統的工作原理、相應的設計技術,主要包括電動車充電樁的智能控制方法、充電樁與手機的通信方法,手機與服務器的數據通信等內容。
  淺談電動自行車充電樁智能監測系統設計應用的詳細資料:

安科瑞 鮑靜君

  摘要:圍繞基于物聯網的電動自行車充電樁智能監測系統,介紹了該系統的軟硬件組成、各部分之間的聯系,以及該系統的工作原理、相應的設計技術,主要包括電動車充電樁的智能控制方法、充電樁與手機的通信方法,手機與服務器的數據通信等內容。

  關鍵詞:充電樁;單片機;智能手機;物聯網;互聯網;服務器

  1 引言

  電動自行車在中國有著巨大的使用量,但是電動車電池的壽命卻不夠理想,當然電池的壽命和很多因素有關。其中一個很重要的原因是充電器造成的,比如夏天過充,冬天欠充,舊電池充電不轉燈等,普通充電樁只有幾個簡單的狀態指示燈,無法完全了解充電狀態。如果能了解充電過程,并將充電數據通過互聯網上傳到充電樁廠家服務器,廠家通過大數據分析,對充電樁進行改進,則會提高充電器質量。同時用戶也可以通過手機詳細了解充電狀態,并通過服務器返回的充電參數調整用戶充電樁的參數,則會讓充電樁更加智能化。

  2 系統架構

  系統利用物聯網、智能手機、互聯網三位一體,構造了一套完整的電動自行車充電樁智能監測系統,系統構造如圖1所示。

圖1 系統架構框圖

  如圖1所示,充電樁中裝有單片機,單片機負責測量電池電壓電流以及環境溫度等參數。單片機利用藍牙串口模塊與智能手機構成物聯網,進行無線通信,上傳電池充放電數據,或者下載本電池的充電參數,智能手機再通過互聯網與充電樁廠家的服務器進行通信,上傳本電池的充放電數據,或者從服務器數據庫中下載針對本電池的新的充電參數。充電樁廠家的專家通過分析用戶電池的充放電數據,研究出新的充電樁工作過程,并提出針對不同電池的充電參數,并上傳服務器,供用戶下載。同時,廠家還可以根據用戶電池的變化情況,了解新的充電參數是否對電池有效。當然廠家也可以做很多事情,比如充電樁的質量跟蹤,電池的壽命跟蹤等,為研究更好的充電樁提供實驗數據。有了這個系統,用戶和企業就可以實現交流,充電樁變得更加智能化,相當于把專家請回家,隨時提供專業指導,并提高充電效果,延長電池壽命,要完成這個系統,需要對充電樁,智能手機,服務器這3部分設計相應的軟件,另外充電樁內部還要有相應的硬件電路配合,下面具體說明這些部分的設計。

  3 充電樁相關電路

  為了能實現與智能手機通信,充電樁在傳統電路的基礎上加入單片機,當然電路可以整體設計,也可以在原有的普通充電樁電路上進行改造,這里以改造為例,列出與單片機相關的電路,其他電路和原充電樁相同,具體電路如圖2所示。

圖2 充電樁單片機相關電路圖

  3.1電源電路

  充電樁輸出經過防倒灌二極管D1加到充電電池DC1上,電池上的48V電壓經過MK1模塊降壓到直流2V,MK1 是開關模式的DC/DC降壓模塊,效率高,適用于較高的直流電壓的降壓,12V電壓一路加到運放IC2的電源上;另一路加到集成穩壓電路IC3輸入端,IC3是傳統的線性穩壓集成電路,型號為LM7805,輸出5V直流電為單片機IC1供電,單片機型號為國產的STC15w408as,采用 DIP16腳封裝,是增強型51系列單片機,有8路10位ADC模數轉換功能,有硬件PWM功能,還有串行口,定時器等功能,非常適合本電路使用。

  3.2信號測量電路

  電池電壓經過R5,R7分壓后加到單片機P1.0端口,利用單片機的ADC功能測量電池電壓,充電電流經過電流采樣電阻 R1 后形成采樣電壓經過單電源運算放大器 LM358 的放大后加到單片機的 P1.1端口,用來測量充電電流,7805輸出的5V電壓經過R6,RT分壓后加到單片機P1.2端口,用于環境溫度的測量,RT為負溫度系數NTC熱敏電阻,常溫25攝氏度時的阻值為10k歐。

  3.3充電控制電路

  當服務器傳回新的充電參數后,充電樁應該用新的充電參數來控制充電過程,充電過程的控制主要以傳統的三段式充電模式為主,該模式先恒流,后恒壓,涓流充電,是當今大多數充電樁的標準模式。 這種模式不用單片機也可以運行,單片機的作用是可以根據環境溫度,電池的新舊狀態,以及充電過程中出現的各種情況做出微調,以使電池處在充電狀態。微調的方法是單片機輸出一個模擬電壓去控制充電器穩壓環節,也就是控制穩壓集成電路 TL431 的反饋引腳,從而調整恒壓階段的電壓值。比如說環境溫度低,則恒壓值提高,環境溫度高,則恒壓值降低,若充電不轉燈,則降低恒壓值,使充電樁及時轉燈??刂屏撕銐褐?,即控制了充電過程,由于單片機沒有DAC功能,所以利用單片機的硬件PWM功能,在P3.2引腳輸出PWM波,經過R8,C2,R9,C3兩級RC濾波后產生一個直流電壓,通過R10電阻加到TL431的反饋引腳上,從而實現充電控制功能。

  3.4物聯網電路

  為了能實現充電器連上互聯網和企業服務器交換數據,讓單片機通過藍牙串口模塊和手機進行藍牙組網, 圖3中MK2即是藍牙串口模塊,該模塊的 RXD,TXD分別連到單片機的 P3.0和 P3.1引腳,與單片機進行串口通信,模塊上的2.4G天線和手機藍牙進行無線通信,組成物聯網,如果有多個充電器,則多個充電器各自帶有藍牙模塊,用戶可以操作手機軟件去主動連接配對各個充電器,和他們通信,要注意的是,由于藍牙串口模式是點對點組網,所以手機每次只能連接一個充電器。

  4 單片機軟件

  單片機負責與手機進行串口通信,同時測量溫度,電流,電壓等參數,并將這些參數在用戶的控制下傳送到手機,并根據手機傳來的充電參數進行充電控制,其主要流程如圖3所示。

圖3 單片機程序流程圖

  由圖3可見,程序主要分兩部分,一部分為主程序,主要負責測量電壓、電流、溫度等參數,以及進行充電控制,這個過程循環進行,直到關閉電源結束,另一部分為串行口中斷程序,當用戶通過手機藍牙連接電路中的藍牙串口模塊后,用戶只要有數據發送到單片機,單片機就會產生串口接收中斷,單片機在中斷函數中接收用戶發來的數據,并根據需要,將單片機中的參數送回到用戶手機上,單片機軟件要完成3種事,測量、控制及通信,由于篇幅關系,詳細程序不再列出,本軟件利用keil C開發,用C語言設計,易讀性及可移值性好,程序短小,穩定性好。

  5 手機軟件

  當前流行的智能手機主要以安卓系統,蘋果系統,以及微軟系統為主,根據需要可以設計不同平臺的軟件系統,雖然平臺不同,但要完成的任務及流程是一樣的,下面以安卓系統為例,本軟件用Google公司開發的ADT Bundle開發工具設計,該工具基于Java開發,自帶 Eclipes工具,并包括了Android開發庫,安裝使用都很方便,手機部分的軟件主要負責和單片機通信,以及通過互連網和遠程服務器通信,另外就是和用戶的交互,以及充電曲線及參數的顯示,和單片機通信的方法是通過藍牙串口的方式進行,和服務器通信的方法主要以B/S結構為主,就是服務器啟動Web服務,并啟用asp腳本功能,手機客戶端通過瀏覽器訪問服務器網站,上傳下載充電數據,這種結構開放性強,軟件開發難度低,技術成熟度高,軟件流程如圖4所示。

圖4 手機端軟件流程圖

  6 服務器軟件

  服務器端主要負責用戶充電數據的存儲,專家設定的充電控制參數的保存,以及用戶的交互界面,以提供數據的上傳和下載,本服務器安裝Windows 2003 Server版操作系統,安裝 SQL Server 2000數據庫,建立用戶信息表,充電信息表,網站用ASP技術開發,可以方便用戶交互,上傳下載充電數據,具體流程不再詳述。

  7 安科瑞電動自行車充電樁及充電樁監測系統

  7.1電動自行車充電樁產品介紹

  電動自行車智能充電樁是新一代電動自行車智能充電設備,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,該裝置能通過電動自行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,設備內部可引出10路出線至插座,通過電動自行車的車配充電器完成充電??蛇B接云平臺給用戶提供安全可靠及智能化的充電服務。

  7.2電動自行車充電樁技術參數

7.3電動自行車充電樁選型表

7.4電動自行車充電樁監測系統功能

  7.4.1資源管理

  充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁異常交易監測。

  7.4.2交易結算

  充電價格策略管理,預收費管理,賬單管理,營收和財務相關報表。

  7.4.3用戶管理

  用戶注冊,用戶登錄,用戶賬戶管理

  7.4.4充電服務

  充電設施搜索,充電設施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結算,導航等。

  7.4.5小程序

  掃碼充電,賬單支付等功能。

  7.4.6數據服務

  數據采集,短信提醒,數據存儲和解析。

  8 安裝應用案例

電瓶車充電樁在江陰某小區的應用

  9 業務模式

  9.1數據托管方式

  安科瑞指導用戶完成充電樁的安裝,用戶的充電樁將數據上傳至安科瑞充電樁收費運營云平臺,委托安科瑞管理,按約定收取托管費用。

  9.2用戶自建平臺

  平臺建在用戶監控室內(或地點),硬件客戶可以按照我方推薦設備配置標準采購或者租用云服務器。安科瑞為客戶完成平臺的建設和運管隊伍的培訓。

  10 結語

  本系統綜合了充電技術,單片機技術、智能手機、計算機、物聯網、互聯網、各種系統的軟件設計,符合當今信息化,智能化社會的潮流,為企業產品的持續改進,提高客戶服務質量,自動化收集產品使用信息等方面起到了較好的作用,由于該系統能大范圍收集充電器實際運行狀態數據,以及電池工作狀態數據,為企業對產品的分析改進提供了堅實的實驗數據。

產品相關關鍵字: 充電樁 單片機 智能手機 物聯網 互聯網
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