CN102708627A

CN102708627A - 具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统

Info

Publication number: CN102708627A
Application number: CN2012102081818A
Authority: CN
Inventors: 王晓远; 张志军
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，包括：依次双向连接的用于控制实时时间显示的时钟单元、控制单元、用于辅助进行GPRS数据传输操作的GPRS单元和SIM卡，所述的控制单元还通过辅助进行读写卡操作的射频卡读卡单元连接射频天线及接口。本发明的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，在工作时指引用户完成对电动汽车的充电操作和内部计费及处理两大功能；而在非工作待机情况时，该系统又可以处于超低功耗节能状态。

Description

具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车充电桩系统。特别是涉及一种具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统。

背景技术

随着政府对公共配套设施建设的不断完善，以及开创绿色环保型社会意识的不断强烈，人们的生活在未来几十年里势必从燃油汽车时代走进电动汽车时代。电动汽车的使用，必然促使蓄能装置从“加油站”转变到“电动汽车充电站”。“充电桩”具有自动识别用户信息、自动控制充电操作、自动检测系统运行状态等功能。用户可以在提示下，简单、便捷地完成充电操作。同时为每位用户配发的电子射频卡具有良好的加密技术，保证了用户可以在安全的条件下实现人机交互。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在工作时指引用户完成对电动汽车的充电操作和内部计费及处理两大功能；而在非工作待机情况时，该系统又可以处于超低功耗节能状态的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统。

本发明所采用的技术方案是：一种具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，包括：依次双向连接的用于控制实时时间显示的时钟单元、控制单元、用于辅助进行GPRS数据传输操作的GPRS单元和SIM卡，所述的控制单元还通过辅助进行读写卡操作的射频卡读卡单元连接射频天线及接口。

所述的控制单元采用MSP430F149单片机，包含6个I/O端口，每个端口8个管脚，每个管脚单独设置成输入或者输出，具体是MSP430F149单片机的32、33脚连接GPRS单元，27、28、51脚接时钟单元，44、45、46、47、48脚接射频卡读卡单元。

所述的时钟单元采用DS1302时钟芯片控制实时时间显示，用于复位、数据线和串行时钟的5、6、7脚与所述的控制单元连接进行通讯，该时钟单元的晶振频率为32768Hz。

所述的GPRS单元采用GTM900C模块辅助进行GPRS数据传输操作，其中，25、26、27、28脚与SIM卡连接，18脚通过电阻R29连接控制单元，19脚通过电阻R8连接三极管Q14的基极，三极管Q14的发射极接地，集电极分别连接三极管Q15的基极的电阻R11的一端，三极管Q15的发射极接地，集电极连接控制单元，该集电极还通过电阻R12接3.3V电源，电阻R11的另一端接3.3V电源，15脚通过电阻R9和电容C16连接到4.3V电源，15脚还通过电阻R10接地。

所述的射频卡读卡单元采用FM1702为主控芯片的射频卡读写模块，所述的该芯片支持13.56MHz频率下的Type A非接触通讯协议，所述该芯片的4、6、8、16、21、22脚直接连接射频天线及接口，所述的22脚还通过一个电容C2连接射频天线及接口，13、14、15、23脚各对应通过一个电阻R8/R9/R10/R11连接控制单元，12脚依次通过一个电阻R7和一个电容C18连接射频天线及接口，1脚和24脚各通过一个电容C19/C20连接射频天线及接口，17、18脚通过磁珠连接到电源，11、7脚通过磁珠接地，11、7脚还连接到射频天线及接口。

所述的射频天线及接口，包括，四组由2个电容并联的电容组：电容C1和电容C3并联、电容C2和电容C4并联、电容C8和电容C10并联以及电容C9和电容C11并联，所述并联后的四组电容组的一端均连接射频卡读卡单元，其中，电容C1和电容C3并联后的另一端分别连接电感L1和电容C6，电容C2和电容C4并联后的另一端分别连接电感L2和电容C7，电容C8和电容C10并联后的一端分别连接电容C6的另一端以及电阻R3，电容C9和电容C11并联后的另一端分别连接电容C7的另一端以及电阻R3，所述的电感L1和电感L2的另一端分别连接射频卡读卡单元，电阻R3的另一端依次通过电容C5和电阻R2连接射频卡读卡单元，电阻R3的另一端还依次通过电容C5、电阻R2和电阻R1连接射频卡读卡单元。

本发明的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，在工作时指引用户完成对电动汽车的充电操作和内部计费及处理两大功能；而在非工作待机情况时，该系统又可以处于超低功耗节能状态。即：

1）为电动汽车提供了一套方面、快捷的充电操作系统；

2）在待机时，实现了低功耗运行，节约能源；

3）响应了目前提倡的“低碳交通”的口号；

4）顺应了国务院新能源战略的发展方向。

附图说明

图1是本发明的整体构成框图；

图2是单片机最小系统单元的外围电路原理图；

图3是时钟芯片的外围电路原理图；

图4是GPRS模块外围电路原理图；

图5是SIM卡外围电路原理图；

图6是射频读卡芯片外围电路图原理图；

图7是射频读卡电路天线及接口电路原理图。

图中：

1：控制单元 2：时钟单元

3：GPRS单元 4：SIM卡

5：射频卡读卡单元 6：射频天线及接口

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统做出详细说明。

如图1所示，本发明的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，包括：依次双向连接的用于控制实时时间显示的时钟单元2、控制单元1、用于辅助进行GPRS数据传输操作的GPRS单元3和SIM卡4，所述的控制单元1还通过辅助进行读写卡操作的射频卡读卡单元5连接射频天线及接口6。

如图2所示，所述的控制单元1采用MSP430F149单片机，包含6个I/O端口，每个端口8个管脚，每个管脚单独设置成输入或者输出，具体是MSP430F149单片机的32、33脚连接GPRS单元3，27、28、51脚接时钟单元2，44、45、46、47、48脚接射频卡读卡单元5，MSP430F149单片机通过USART协议与GPRS单元3可实现异步通信。

如图3所示，所述的时钟单元2采用DS1302时钟芯片控制实时时间显示，用于复位（RST）、数据线（I/O）和串行时钟（SCLK）的5、6、7脚与所述的控制单元1连接进行通讯，该时钟单元2的晶振频率为32768Hz。

如图4所示，所述的GPRS单元3采用华为制造的GTM900C模块辅助进行GPRS数据传输操作，该芯片工作电压为3.4V-4.7V，通过AT命令控制实现，在该操作系统中，采用GPRS模块发送当前充电桩的状态信息，以便工作人员及时检测到充电桩的运行故障并进行维护。其中，GTM900C芯片的25、26、27、28脚与SIM卡4连接，18脚通过电阻R29连接控制单元1，19脚通过电阻R8连接三极管Q14的基极，三极管Q14的发射极接地，集电极分别连接三极管Q15的基极的电阻R11的一端，三极管Q15的发射极接地，集电极连接控制单元1，该集电极还通过电阻R12接3.3V电源，电阻R11的另一端接3.3V电源，15脚通过电阻R9和电容C16连接到4.3V电源，15脚还通过电阻R10接地。

所述的SIM卡4如图5所示，其3、4、5、6脚分别连接GPRS单元3。

如图6所示，所述的射频卡读卡单元5采用FM1702为主控芯片的射频卡读写模块，所述的该芯片支持13.56MHz频率下的Type A非接触通讯协议，支持多种加密算法，支持SPI接口模式，最远操作距离可达100mm。芯片内包含512byte的EEPROM和64byte的FIFO存储空间。该读卡芯片与电阻、电容等外电路组成读卡模块（读卡器），能够安全快速地与单片机进行数据传输和读写射频卡。所述该芯片的4、6、8、16、21、22脚直接连接射频天线及接口6，所述的22脚还通过一个电容C2连接射频天线及接口6，13、14、15、23脚各对应通过一个电阻R8/R9/R10/R11连接控制单元1，12脚依次通过一个电阻R7和一个电容C18连接射频天线及接口6，1脚和24脚各通过一个电容C19/C20连接射频天线及接口6，17、18脚通过磁珠连接到电源，11、7脚通过磁珠接地，11、7脚还连接到射频天线及接口6。

如图7所示，所述的射频天线及接口6，包括，四组由2个电容并联的电容组：电容C1和电容C3并联、电容C2和电容C4并联、电容C8和电容C10并联以及电容C9和电容C11并联，所述并联后的四组电容组的一端均连接射频卡读卡单元5，其中，电容C1和电容C3并联后的另一端分别连接电感L1和电容C6，电容C2和电容C4并联后的另一端分别连接电感L2和电容C7，电容C8和电容C10并联后的一端分别连接电容C6的另一端以及电阻R3，电容C9和电容C11并联后的另一端分别连接电容C7的另一端以及电阻R3，所述的电感L1和电感L2的另一端分别连接射频卡读卡单元5，电阻R3的另一端依次通过电容C5和电阻R2连接射频卡读卡单元5，电阻R3的另一端还依次通过电容C5、电阻R2和电阻R1连接射频卡读卡单元5。

本发明的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统在进行设计时，不仅要按照规定的运行流程，同时还要考虑在出错情况下怎样做出正确反映，将损失降低到最小情况。所以在设计时必须要有具体的控制要求规定各种情况的处理方法如下。

a)用户第一次刷卡后，系统已经读取卡内姓名和金额信息，并锁住卡片（此卡只有在同一充电桩上再次刷卡并成功扣费后才能再次使用），只有再次刷卡后此卡才能解锁。若刷卡没有成功（如读取卡内信息及成功扣费），屏幕提示请重新刷卡。

b)当按确定键后无任何操作，延时一定时间后，回到待机状态。

c)当插座门未正常关闭（如线缆或有异物至插座门不能正常关闭），插座门重新打开并延时一定时间后重新关闭，屏幕显示提示信息（如请检查插头是否插好，线缆是否放置正常）。只有当插座门正常关闭后，充电才能开始。

d)系统内有存储器，可记录每次充电情况（如用户信息，用电量，消费金额及所用时间等）。当数据成功下载后，存储器清空。当数据存储满后，最新的信息将替换最早的信息。

e)屏幕所有的显示信息都可以编写更改。

f)当系统有故障或检修时，红色状态指示灯点亮，其它状态指示灯熄灭。屏幕提示系统故障。若设备联网将故障信息通过联网网络反馈到总机。

g)有检修接口（如数据的下载，费率的调整及程序的升级等）。

h)有检修卡功能（如费率的调整，只需要刷卡调整而不需要连接电脑等外接设备）。

i)有统计功能（如，总的用电量，总的金额等）。

j)预留联网接口（有线或无线联网）。

k)机箱内有照明检修灯，有检修插座。

l)充电工程中，卡内金额为递减状态，当剩余金额减至最低限额时，系统自动停止充电。

m)整个电控系统在设计中，尽可能地减少外耗。

Claims

1.一种具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，包括：依次双向连接的用于控制实时时间显示的时钟单元（2）、控制单元（1）、用于辅助进行GPRS数据传输操作的GPRS单元（3）和SIM卡（4），所述的控制单元（1）还通过辅助进行读写卡操作的射频卡读卡单元（5）连接射频天线及接口（6）。

2.根据权利要求1所述的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，所述的控制单元（1）采用MSP430F149单片机，包含6个I/O端口，每个端口8个管脚，每个管脚单独设置成输入或者输出，具体是MSP430F149单片机的32、33脚连接GPRS单元（3），27、28、51脚接时钟单元（2），44、45、46、47、48脚接射频卡读卡单元（5）。

3.根据权利要求1所述的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，所述的时钟单元（2）采用DS1302时钟芯片控制实时时间显示，用于复位、数据线和串行时钟的5、6、7脚与所述的控制单元（1）连接进行通讯，该时钟单元（2）的晶振频率为32768Hz。

4.根据权利要求1所述的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，所述的GPRS单元（3）采用GTM900C模块辅助进行GPRS数据传输操作，其中，25、26、27、28脚与SIM卡（4）连接，18脚通过电阻R29连接控制单元（1），19脚通过电阻R8连接三极管Q14的基极，三极管Q14的发射极接地，集电极分别连接三极管Q15的基极的电阻R11的一端，三极管Q15的发射极接地，集电极连接控制单元（1），该集电极还通过电阻R12接3.3V电源，电阻R11的另一端接3.3V电源，15脚通过电阻R9和电容C16连接到4.3V电源，15脚还通过电阻R10接地。

5.根据权利要求1所述的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，所述的射频卡读卡单元（5）采用FM1702为主控芯片的射频卡读写模块，所述的该芯片支持13.56MHz频率下的Type A非接触通讯协议，所述该芯片的4、6、8、16、21、22脚直接连接射频天线及接口（6），所述的22脚还通过一个电容C2连接射频天线及接口（6），13、14、15、23脚各对应通过一个电阻R8/R9/R10/R11连接控制单元（1），12脚依次通过一个电阻R7和一个电容C18连接射频天线及接口（6），1脚和24脚各通过一个电容C19/C20连接射频天线及接口（6），17、18脚通过磁珠连接到电源，11、7脚通过磁珠接地，11、7脚还连接到射频天线及接口（6）。

6.根据权利要求1所述的具有人机交互功能的电动汽车充电桩系统，其特征在于，所述的射频天线及接口（6），包括，四组由2个电容并联的电容组：电容C1和电容C3并联、电容C2和电容C4并联、电容C8和电容C10并联以及电容C9和电容C11并联，所述并联后的四组电容组的一端均连接射频卡读卡单元（5），其中，电容C1和电容C3并联后的另一端分别连接电感L1和电容C6，电容C2和电容C4并联后的另一端分别连接电感L2和电容C7，电容C8和电容C10并联后的一端分别连接电容C6的另一端以及电阻R3，电容C9和电容C11并联后的另一端分别连接电容C7的另一端以及电阻R3，所述的电感L1和电感L2的另一端分别连接射频卡读卡单元（5），电阻R3的另一端依次通过电容C5和电阻R2连接射频卡读卡单元（5），电阻R3的另一端还依次通过电容C5、电阻R2和电阻R1连接射频卡读卡单元（5）。