CN108248417A - 一种双处理器的充电桩控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双处理器的充电桩控制装置，包括第一处理器、第二处理器和双口RAM；第一处理器采集用户信息、为电动汽车提供的电量以及用户操作信息；当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始操作且用户信息为卡内余额充足时，将开始充电信息写入双口RAM；根据为电动汽车提供的电量，获得实时余额信息，当卡内余额为0或用户选择停止操作时，将停止充电信息写入双口RAM；第二处理器控制充电枪采控制充电枪为电动车充电；第一处理器和第二处理器互相监控，判断对方存在故障时，对故障方进行重启处理。本发明采用双处理器结构，提高了充电桩控制装置的反应速度，两个处理器能够相互监控，能及时发现和自动排除故障，提高了系统的可靠性。

Description

一种双处理器的充电桩控制装置

技术领域

本发明涉及一种双处理器的充电桩控制装置，属于充电桩技术领域。

背景技术

充电桩一般为大功率断续使用的充电设施，可以为电动汽车提供一路到几路的充电回路，通常为无人管理的公共设施。

充电桩控制电路主要由处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择充电模式；电动汽车充电控制控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无限GPRS网络进行数据交互；电池管理系统(BMS)用来监控电池的工作状态，比如电池的电压、电流和温度等，进行电池管理以避免出现过放电、过充电、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度的利用电池存储能力和循环寿命；充电服务管理平台主要负责充电管理、充电运营、综合查询等相关功能。

目前市面上的充电桩主控制板用的是单MCU系统，全部的控制、监视和运算都由MCU来完成，导致：一保护的运行速度很大程度上取决于MCU的速度，对要求高速采样的系统，显得力不从心；二选择算法时必须放弃虽然有较满意的性能但计算量大的方案。

从运行和可靠性角度分析，存在容错能力差，可靠性低，采样/保持器件之后的任一元件损坏都可能导致装置停止工作；整套保护中各个保护功能全由一个MCU承担，任何一处程序跑飞都可能导致全套保护工作混乱；对单MCU系统结构来说，任何新功能的增加都要对原装置做考虑和调整，开发扩充新功能困难；当主控芯片出现故障时系统立即瘫痪，危及设备和人身安全。

如何提供一种可靠性高，具备自监控、自恢复功能的充电桩是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明技术解决的问题为：为了克服现有充电桩控制结构的不足，提高充电桩主控板的稳定性和可靠性，本发明提供一种双处理器的充电桩控制装置，双MCU协同工作，大大降低了系统的耦合度，同时能够互相监督提高了系统的可靠性。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种双处理器的充电桩控制装置，包括第一处理器、第二处理器和双口RAM；

第一处理器采集用户信息、为电动汽车提供的电量以及用户操作信息；读取双口RAM中的充电枪电子锁反馈信号，当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始操作且用户信息为卡内余额充足时，将开始充电信息写入双口RAM；根据电动汽车提供的电量，获得实时余额信息，当满足停止充电条件时，将停止充电信息写入双口RAM；

第二处理器控制充电枪采集充电枪电子锁反馈信号写入双口RAM中，读取双口RAM中的信息为开始充电时，控制充电枪开始为电动车充电；当信息为停止充电时，控制充电枪停止为电动车充电；

第一处理器和第二处理器分别实时将握手信号写入双口RAM中，并分别实时读取双口RAM中对方写入的握手信号，并将应答信号写入双口RAM中，如果一段时间内无法接收到对方的应答信号，则判断对方存在故障，对故障方进行重启处理。

优选的，如果多次重启后故障仍然存在，则判断对方为无法恢复故障，输出报警提示。

优选的，还包括电度表和读卡器连接至第一处理器，电度表采集充电桩为电动汽车提供的电量，读卡器读取用户卡内的用户信息包括卡内余额。

优选的，还包括人机交互模块连接至第一处理器，用于用户选择开始、停止操作，显示卡内余额。

优选的，还包括报警与提示模块，第二处理器读取第一处理器写入双口RAM中的卡内余额，报警与提示模块在第二处理器的控制下提示开始充电、停止充电，卡内余额不足。

优选的，还包括键盘，接收键盘输入的用户编号，并写入双口RAM中，MCU1读取用户编号后，将用户信息发送给人机交互模块显示。

优选的，还包括定位/授时模块，定位充电桩的位置信息及获取当前时刻，并发送给第二处理器，接收位置信息后发送到后台管理系统，用户能够通过手机APP查询充电桩的位置，接收当前时刻后进行系统时间校准。

优选的，第一处理器通过以太网接口与后台管理系统通讯，第二处理器通过无线网络与后台管理系统通讯。

优选的，当第一处理器判断第二处理器存在故障，则控制第二处理器复位重启，并通过语音模块连续输出临时故障恢复语音提示信息，并将第二处理器故障次数加1，当第二处理器故障次数大于设定阈值时，通过语音模块连续输出故障无法恢复语音提示信息，并关闭人机交互模块。

优选的，第二处理器判断第一处理器存在故障，则控制第一处理器复位重启，并将第一处理器故障次数加1，当第一处理器故障次数大于设定阈值时，报警与提示模块的红灯点亮进行报警提醒。

优选的，两个处理器采用独立电源供电。

优选的，所述双口RAM采用高速双口静态RAM芯片。

优选的，用户通过人机交互模块选择按时间充电、电池充满或按费用充电，如果为按时间充电，第一处理器判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够，则在充电时间到达设定时间后，MCU2控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，第二处理器控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，第一处理器判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，第二处理器控制充电枪停止为电动车充电。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用双MCU结构，每个MCU负责一部分功能，相比较单MCU系统，降低了每个MCU繁重的任务量，提高了充电桩控制装置的反应速度。

(2)本发明的两个MCU能够相互监控，当系统一个MCU负责的部分功能异常时，另一个MCU不会受到影响，同时还能及时发现故障和自动排除故障。使得充电桩具备一定的故障自恢复能力，提高了系统的可靠性。

(3)本发明利用双口RAM实现两个MCU的相互通讯和监控，

附图说明

图1为本发明的双处理器充电桩系统整体框图；

图2为本发明的双处理器接口电路框图；

图3为本发明的左右侧处理器通信流程图；

图4为本发明的处理器使用RAM锁存器流程图；

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于北斗模块的一体化充电桩的实施方案进行详细说明。

充电桩是用市电给电动汽车充电，属于强电范围，处理不好会危机人身及汽车设备的安全。因此充电桩的可靠性是人们重点关注的问题之一。本发明采用双微控制器结构，双MCU既能协同工作，又能各司其职，大大降低了系统的耦合度，提高了系统的可靠性。当系统一个MCU负责的部分功能异常时，另一个MCU不会受到影响，同时还能及时发现和自动排除故障。降低了设备的故障概率，保障人身和财产的安全。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：影响单片机系统安全可靠运行的因素主要是各种电气干扰。充电桩可分布在露天或地下停车场，在风雨雷电等恶劣天气情况下，此时有可能汽车正在进行充电而车主又没法及时的去停止充电过程，高频、高能的干扰会通过电源串入系统，也可能辐射作用于PCB，这种干扰会造成“死机”，危机设备及人身安全。

传统的抗干扰方式：

(1)控制板增加多层屏蔽。

(2)强弱电之间增加光耦隔离等器件。

(3)给MCU独立供电。

(4)系统启用多个“看门狗”，包括外部和内部看门狗。但“看门狗”的逻辑依赖于MCU，MCU有可能出错，那“看门狗”就有可能失控。

这些措施能大大降低但无法避免“死机”现象。双MCU体系结构为系统恢复和提高系统的可靠性，提供了新的方法。其工作原理为：

一个MCU故障。双MCU通过双口RAM互通通信，如果一个MCU没有收到另一个MCU的应答，则对另一个MCU进行复位，且复位时会彻底断开另一个MCU的电源，防止出现热启动不起作用的情况。当系统出现“死机”时，能及时被发现和处理，大大提高了系统的可靠性。

两个MCU都故障。虽然出现的概率极小，但无法避免，只能按传统抗干扰的方法对其进行控制，以进一步降低干扰的影响。

综上所述，双MCU体系结构中，两MCU既能协同工作，又能各司其职，当一个MCU故障时，另一个MCU不会受到影响，同时还能及时发现和自动排除故障。在提高充电桩主控板的稳定性方面，双MCU系统具有明显的优势。

本发明的双处理器充电桩系统如图1所示，包括MCU1、MCU2、双口RAM、人机交互模块、语音模块、电度表、读卡器、以太网接口、JTAG下载口1、BMS通讯接口、报警与提示模块、键盘、定位/授时模块、无线模块、JTAG下载口2。

电度表采集充电桩为电动汽车提供的电量，并发送给MCU1；

读卡器读取用户卡内信息，包括卡内余额、用户身份信息等，并发送给MCU1，接收MCU1发送的余额信息，并写入用户卡内；

用户通过人机交互模块进行帐户登陆及充电操作；充电的方式分为三种，按时间充电、电池充满、按费用充电；

定位/授时模块用于定位充电桩的位置信息及获取当前时刻，并将位置信息及当前时刻发送MCU2。

MCU1通过以太网接口与后台管理系统通讯，通过JTAG下载口1下载更新程序，通过语音模块输出语音提示信息；MCU1读取卡内余额、用户身份信息并发送给人机交互模块显示，当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始充电且卡内余额充足时，MCU1将开始充电信息写入双口RAM，并根据电度表采集的为电动汽车提供的电量，计算消费金额，与卡内余额对比，获得实时余额信息并发送给人机交互模块显示，当卡内余额为0、用户按下停止键，MCU1将停止充电信息写入双口RAM；读取双口RAM中电动汽车电池信息，并发送给人机交互模块显示；读取双口RAM中的充电时间，并发送给人机交互模块显示。

MCU2通过BMS通讯接口读取充电枪电子锁反馈信号，读取电动汽车电池信息，并写入双口RAM中；当从双口RAM中读取开始充电时，报警与提示模块输出开始充电信息，并通过BMS通讯接口控制充电枪开始为电动车充电，并开始计时，将充电时间写入双口RAM中；当从双口RAM中读取停止充电时，报警与提示模块输出停止充电信息，并通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电；当从双口RAM中读取卡内余额为0时，报警与提示模块输出余额不足信息，并通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电；当用户选择停止时，通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电；充电时间到或者充电电池电量已满时通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电；接收键盘输入的用户编号，并写入双口RAM中，MCU1读取用户编号后，将用户信息发送给人机交互模块显示。MCU2接收位置信息后发送到后台管理系统，用户通过手机APP可以查询充电桩的位置。MCU2接收当前时刻并进行系统时间校准。MCU2通过无线网络与后台管理系统通讯，通过JTAG下载口2下载更新程序。

如果为按时间充电，MCU1需判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够则在充电时间到达设定时间后，MCU2控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，MCU2控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，MCU1需判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，MCU2控制充电枪停止为电动车充电。

MCU1将信息写入双口RAM中后，双口RAM将中断信号引脚INT2置低产生中断信号，MCU2接收中断信号后读取MCU1写入的信息，并将中断信号引脚INT2置高复位；同样当MCU2将信息写入双口RAM中后，双口RAM将中断信号引脚INT1置低产生中断信号，MCU1接收中断信号后读取MCU2写入的信息，并将中断信号引脚INT1置高复位。

MCU1和MCU2分别实时将握手信号写入双口RAM中，并分别实时双口RAM中对方写入的握手信号，并将应答信号写入双口RAM中，如果一段时间内无法接收到对方的应答信号，则判断对方存在故障，对故障方进行重启处理，如果两次重启后故障仍然存在，则判断对方为无法恢复故障。

MCU1判断MCU2存在故障，通过MCU2的复位引脚控制MCU2复位重启，并通过语音模块连续输出临时故障恢复语音提示信息，并将MCU2故障次数加1，当MCU2故障次数大于2时，通过语音模块连续输出故障无法恢复语音提示信息，并关闭人机交互模块。

MCU2判断MCU1存在故障，通过MCU1的复位引脚控制MCU1复位重启，并将MCU1故障次数加1，当MCU1故障次数大于2时，报警与提示模块的红灯点亮进行报警提醒。

后台管理系统定期通过以太网或无线网络读取MCU1和MCU2内存储的信息。

采用双口RAM作为多个处理器之间的接口电路，相对于双向锁存器、串行总线或共享RAM等方式具有速度快、数据交换量大及电路设计简单等优点，是常用的一种双处理器接口方式。

本发明采用高速双口静态RAM芯片可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主/从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。通过芯片的信号量标志器，左、右两端口可以实现芯片资源的共享。

该双口RAM的核心部分是双端口存储阵列，左右两个端口可以共用该存储阵列，并且拥有各自的控制线，在单独存取数据时，和普通的RAM相同。同时读取不同存储空间的数据和同时取相同数据空间的数据时，左右端口可以同时进行。若同时对相同的数据空间做写操作，或一端口对一数据空间作读操作的同时另一端口对该数据空间作写操作，左右端口将发生冲突。为此，双口RAM采用硬件地址仲裁逻辑，通过BUSY管脚来处理这两种情况。当左右端口对不同存储空间进行读写操作时，可同时存取。此时，左右端口的BUSY信号同时置高。若对同一存储空间同时进行存储操作时，哪一端的存储请求信号先出现，则该端的BUSY信号置高，允许存储。哪一端的存储信号出现在后，则这一端BUSY信号置低，禁止存储。值得注意的是，左右两端存取请求信号出现的时间差必须大于仲裁最小时间间隔，不然仲裁逻辑无法判断哪一边的存取请求信号出现在前。如果出现两端存取请求信号出现的时间差小于仲裁最小时间间隔的情况，仲裁逻辑将一边的BUSY信号置高，将另一边的BUSY信号置低，从而保证两个端口一个执行数据存储，另一端口进行数据读取，避免了冲突。

如图3所示，双口RAM的中断功能是通过信令交换逻辑来实现的。利用两个特殊的地址单元作为信令字和中端源。下面以左端口向右端口传送数据为例，说明中断功能的用法。当左端口将数据写入右端口的特殊地址单元时，写信号和地址选通信号触发右端口的INTR管脚，就会产生中断信号，即INTR管脚置低。右端口响应中端并读取该数据后中断信号自动复位。右端口向左端口传送数据的情况与上述情况相同。

如图4所示，信号量标志器是该芯片所拥有的最具特色的功能，利用这种功能可以实现片内资源的共享。双口RAM为实现该功能，提供了八个标志锁存器，每个锁存器对应一个信号量标志器。使用信号量标志器的过程是首先将SEM管脚置低，CE管脚置高，然后通过A0～A2三条地址线来选择相应的标志锁存器，数据的存取通过对I/O0操作来实现。数据存取过程中，R/W和OE的使用方式与存取普通存储器的使用方式相同。芯片上电后，左、右端口的标志器都处于空闲状态。这时左右两端口都可以通过对任意标志锁存器写“0”来提出使用该信号量标志器的请求。然后读取该信号量标志器的值来确定是否获得使用权，如果读回的值为“0”则说明该端口获得使用权，为“1”则说明另一端口已获得了该标志器的使用权。获得使用权的端口只有对其所使用的标志锁存器写“1”后，才能放弃该信号量标志器的使用权。如果另一端口在它放弃使用权以前提出过使用该信号量标志器的请求，那么当前端口放弃使用权后，另一端口立即获得该信号量标志器的使用权。相反，如果另一个端口没有提出过请求，则该信号量标志器处于空闲状态。接口电路框图如图2所示。

采用本发明的一种基于双处理器的充电桩控制方法，MCU1和MCU2通过双口RAM进行相互监督和通信，如果MCU1出故障，则MCU2对其进行复位重启，如果复位重启失败，则通过报警与提示对人进行提示，进而人为的进行急停关机，同样如果MCU2故障，MCU1对其进行复位重启，如果失败，则通过语音提示，通知人们去进行急停操作，进行检修，降低了人身和设备的危害。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施方案说明如上，然而上述实施方案并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方案所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (13)

1.一种双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，包括第一处理器(MCU1)、第二处理器(MCU2)和双口RAM；

第一处理器(MCU1)采集用户信息、为电动汽车提供的电量以及用户操作信息；读取双口RAM中的充电枪电子锁反馈信号，当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始操作且用户信息为卡内余额充足时，将开始充电信息写入双口RAM；根据电动汽车提供的电量，获得实时余额信息，当满足停止充电条件时，将停止充电信息写入双口RAM；

第二处理器(MCU2)控制充电枪采集充电枪电子锁反馈信号写入双口RAM中，读取双口RAM中的信息为开始充电时，控制充电枪开始为电动车充电；当信息为停止充电时，控制充电枪停止为电动车充电；

第一处理器(MCU1)和第二处理器(MCU2)分别实时将握手信号写入双口RAM中，并分别实时读取双口RAM中对方写入的握手信号，并将应答信号写入双口RAM中，如果一段时间内无法接收到对方的应答信号，则判断对方存在故障，对故障方进行重启处理。

2.如权利要求1所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，如果多次重启后故障仍然存在，则判断对方为无法恢复故障，输出报警提示。

3.如权利要求1所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，还包括电度表和读卡器连接至第一处理器(MCU1)，电度表采集充电桩为电动汽车提供的电量，读卡器读取用户卡内的用户信息包括卡内余额。

4.如权利要求1或3所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，还包括人机交互模块连接至第一处理器(MCU1)，用于用户选择开始、停止操作，显示卡内余额。

5.如权利要求4所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，还包括报警与提示模块，第二处理器(MCU2)读取第一处理器(MCU1)写入双口RAM中的卡内余额，报警与提示模块在第二处理器(MCU2)的控制下提示开始充电、停止充电，卡内余额不足。

6.如权利要求5所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，还包括键盘，接收键盘输入的用户编号，并写入双口RAM中，MCU1读取用户编号后，将用户信息发送给人机交互模块显示。

7.如权利要求5或6所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，还包括定位/授时模块，定位充电桩的位置信息及获取当前时刻，并发送给第二处理器(MCU2)，接收位置信息后发送到后台管理系统，用户能够通过手机APP查询充电桩的位置，接收当前时刻后进行系统时间校准。

8.如权利要求5或6所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，第一处理器(MCU1)通过以太网接口与后台管理系统通讯，第二处理器(MCU2)通过无线网络与后台管理系统通讯。

9.如权利要求1所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，当第一处理器(MCU1)判断第二处理器(MCU2)存在故障，则控制第二处理器(MCU2)复位重启，并通过语音模块连续输出临时故障恢复语音提示信息，并将第二处理器(MCU2)故障次数加1，当第二处理器(MCU2)故障次数大于设定阈值时，通过语音模块连续输出故障无法恢复语音提示信息，并关闭人机交互模块。

10.如权利要求9所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，第二处理器(MCU2)判断第一处理器(MCU1)存在故障，则控制第一处理器(MCU1)复位重启，并将第一处理器(MCU1)故障次数加1，当第一处理器(MCU1)故障次数大于设定阈值时，报警与提示模块的红灯点亮进行报警提醒。

11.如权利要求1或2所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，两个处理器采用独立电源供电。

12.如权利要求1或2所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，所述双口RAM采用高速双口静态RAM芯片。

13.如权利要求1或2所述的双处理器的充电桩控制装置，其特征在于，用户通过人机交互模块选择按时间充电、电池充满或按费用充电，如果为按时间充电，第一处理器(MCU1)判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够，则在充电时间到达设定时间后，MCU2控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，第二处理器(MCU2)控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，第一处理器(MCU1)判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，第二处理器(MCU2)控制充电枪停止为电动车充电。