CN110728796A - 一种充电桩计量系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电桩计量系统，主要用于充电柱系统的计量计费，完善电动汽车的使用配套。该系统包括单片机控制器，均与单片机控制器相连的光耦隔离模块、RS232通信模块、射频模块、蓝牙模块、LED显示模块、触摸串口屏和存储模块，光耦隔离模块相连的计量模块、以及与计量模块相连的隔离电源模块。通过上述设计，本发明利用计量模块实现充电桩对负载充电过程中的电压、电量进行精准计量，完善充电桩的计费系统，便于对充电桩的使用进行成本核算，对充电桩的布置进行资源整合、合理布局，完善电动汽车充电技术领域的配套设置，促进电动汽车行业的发展。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，具体地说，是涉及一种充电桩计量系统及其使用方法。
背景技术
充电桩是指对新能源电动汽车进行充能的设备，其实用功能类比于加油站中的加油机，其安装的位置可以为地面也可以是墙壁上。经常安装于固定的充电站点以及相应的小区、公共区域或者是停车场内等等。充电桩与电网连接后，在输出端通过安装的插头给电动汽车充电。其中可以根据不同型号的电动汽车以及用电的电压等级来安装不痛型号的输出的插头。充电桩通常是固定于某个定点的，有提供人机交互页面。
充电桩计量系统就类似于一个电表，其计量的主要作用有以下三点：计费、成本核算、资源整合。但与电表有不同的是，充电桩是不需要电池的，关注的主要问题是电压、电流、计费等等问题，而电表没办法应对。充电桩可负责计量，剩下的由系统处理。
计量系统作为充电桩在实际使用中的必备模块，技术方面还不成熟。全球汽车行业都在加快对电动汽车充电桩的生产以及技术改进，不管环境还是能源方面，电动汽车将会成为主要的趋势。电池和充电桩是电动汽车的主要部分，一个提供放电驱动，一个提供充电平台。而充电桩的欠缺和设置成了目前电动汽车的主要问题，类比于燃油汽车的加油站，电动汽车就要建设充电桩站，所以计量系统成了核心模块，通过模块计量充电电量到计量收费。因此计量系统的设计对促进电动汽车发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电桩计量系统及其使用方法，主要用于充电柱系统的计量计费，完善电动汽车的使用配套。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种充电桩计量系统，包括单片机控制器，均与单片机控制器相连的光耦隔离模块、RS232通信模块、射频模块、蓝牙模块、LED显示模块、触摸串口屏和存储模块，光耦隔离模块相连的计量模块、以及与计量模块相连的隔离电源模块；所述单片机控制器用于接收、处理充电桩充电过程中的运行数据；所述光耦隔离模块用于电信号的隔离；所述RS232通信模块用于串口通信数据传输；所述射频模块用于近距离非接触式的数据交换；所述蓝牙模块用于数据传输；所述LED显示模块用于电量、费用显示；所述触摸串口屏用于用户触摸显示，费用查询；所述存储模块用于存储用户数据及消费信息；所述计量模块用于电量统计；所述隔离电源用于对计量模块进行电隔离。
作为优选，所述单片机控制采用单片机STM32F103C8T6。
作为优选，所述计量模块采用JSY-MK-163单相互感计量模块。
作为优选，所述射频模块采用RFID-RC522射频模块。
基于上述的充电桩计量系统，本发明还提供了一种充电桩计量系统的使用方法，包括如下步骤：
(S1)硬件初始化，获取充电桩给负载充电时的电压、电流、电量值；
(S2)触摸屏幕，使屏幕处于状态显示界面，通过射频模块读取用户IC卡信息；
(S3)根据屏幕界面的显示状态选择相应的操作，完成充电相关操作。
进一步地，在所述步骤(S1)中，所述电流、电压和电量值的具体获取方法如下：
(S11)电压通过计量模块中的采样电阻采样，电流通过互感器采样；
(S12)利用计量模块中的模数转换ADC，将模拟量转换为数字量；
(S13)单片机控制器利用串口，通过MODBUS-RTU通讯协议将指令发送给计量模块，计量模块返回数据，获得电流、电压和电量值。
进一步地，在所述步骤(S2)中，状态显示界面显示的内容包括电压、电量显示，充电计费显示，余额查询显示，充值界面显示，以及消费显示。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用计量模块实现充电桩对负载充电过程中的电压、电量进行精准计量，完善充电桩的计费系统，便于对充电桩的使用进行成本核算，对充电桩的布置进行资源整合、合理布局，完善电动汽车充电技术领域的配套设置。促进电动汽车行业的发展。
(2)本发明的计量模块测量精度高，具有防接反保护功能，能有有效防止芯片被烧坏，大大提高计量系统的稳定性。
(3)本发明采用的射频模块芯片传输效率快，芯片具有高度集成的模拟电路，可应用于小型刷卡设备中，解码和译码能短时间完成。接口丰富，适应于多种应用场合。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理框图。
图2为本发明充电桩计量系统的使用流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种充电桩计量系统，包括单片机控制器，均与单片机控制器相连的光耦隔离模块、RS232通信模块、射频模块、蓝牙模块、LED显示模块、触摸串口屏和存储模块，光耦隔离模块相连的计量模块、以及与计量模块相连的隔离电源模块；所述单片机控制器用于接收、处理充电桩充电过程中的运行数据；所述光耦隔离模块用于电信号的隔离；所述RS232通信模块用于串口通信数据传输；所述射频模块用于近距离非接触式的数据交换；所述蓝牙模块用于数据传输；所述LED显示模块用于电量、费用显示；所述触摸串口屏用于用户触摸显示，费用查询；所述存储模块用于存储用户数据及消费信息；所述计量模块用于电量统计；所述隔离电源用于对计量模块进行电隔离。
本实施例中，所述单片机控制采用单片机STM32F103C8T6，由于STM32单片机相比于8051单片机外设较多，有丰富的定时器和中断资源，并能够在线调试，不是直接操作寄存器而是调用库函数，为程序设计提供极大地方便，所以选用STM32单片机。考虑到成本和PCB布局布线的因素，选用的是STM32F103系列引脚最少的单片机STM32F103C8T6。
单片机中的C11，C12，C13和C14的电容值都为0.1UF，作为单片机电源的去耦电容，STM32F103C8T6的主电源引脚有4个，包括三个电源引脚VDD和一个模拟电源引脚VDDA。PCB布局时需要在每个电源引脚旁边距离最近的距离放置0.1UF的去耦合电容，减少单片机电源纹波。对于模拟电源引脚VDDA需要对其进行特殊处理，通过RC滤波电路对其处理，也可以将R14电阻为磁珠，因为磁珠是铁氧体，能够吸收高频电磁波，相比于RC电路的抑制作用，滤波效果更好。
STM32单片机需要在外围提供两个晶振电路，一个为8Mhz晶振，另一个为32.768Khz晶振。8MHz的晶振作为外部晶振，相比于STM32内部的晶振具有更高的精度，可以通过内部的电路倍频电路将单片机的主频提升到72Mhz，提升单片机的运行速度。
本实施例中，所述计量模块采用JSY-MK-163单相互感计量模块。JSY-MK-163是高度集成测量、数字通讯技术，能够完成电能测量、采集及传输的单相交流电参数测量产品，能准确测量单相交流电压、电流、功率、功率因数、频率、电量等相关参数。该模块拥有TTL电平串口通信接口，兼容5V和3.3V电平，能和STM32单片机进行串口通信，使用时，通信接口需要进行光耦隔离。
计量模块中包含有电流有效值检测芯片，24位AD采样，测量精度高。直流5V为该模块供电，具有防接反保护功能，防止芯片被烧坏，正确连接后即可正常工作。模块原理电压通过采样电阻采样，电流通过互感器采样。利用ADC，将模拟量转换为数字量。单片机利用串口，通过MODBUS-RTU通讯协议将指令发送给电量计量模块，模块返回数据，获得电流，电压和电量值。
本实施例中，所述射频模块采用RFID-RC522射频模块。该模块的模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调，实现模拟信号和数字信号的相互转换，也实现了电信号与磁信号的相互转换，完成非接触式IC卡数据的读写。非接触式UART接口用来处理与主机通信时的协议要求，通过对不同的寄存器赋值，实现相应功能，FIFO缓冲区快速而方便地实现了主机和非接触式UART之间的数据传输。
如图2所示，基于上述的充电桩计量系统，本发明还提供了一种充电桩计量系统的使用方法，包括如下步骤：
(S1)硬件初始化，获取充电桩给负载充电时的电压、电流、电量值；电压通过计量模块中的采样电阻采样，电流通过互感器采样；利用计量模块中的模数转换ADC，将模拟量转换为数字量；单片机控制器利用串口，通过MODBUS-RTU通讯协议将指令发送给计量模块，计量模块返回数据，获得电流、电压和电量值。
(S2)触摸屏幕，使屏幕处于状态显示界面，通过射频模块读取用户IC卡信息；状态显示界面显示的内容包括电压、电量显示，充电计费显示，余额查询显示，充值界面显示，以及消费显示。
(S3)根据屏幕界面的显示状态选择相应的操作，完成充电相关操作。
通过上述设计，本发明利用计量模块实现充电桩对负载充电过程中的电压、电量进行精准计量，完善充电桩的计费系统，便于对充电桩的使用进行成本核算，对充电桩的布置进行资源整合、合理布局，完善电动汽车充电技术领域的配套设置。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种充电桩计量系统，其特征在于，包括单片机控制器，均与单片机控制器相连的光耦隔离模块、RS232通信模块、射频模块、蓝牙模块、LED显示模块、触摸串口屏和存储模块，光耦隔离模块相连的计量模块、以及与计量模块相连的隔离电源模块；
所述单片机控制器用于接收、处理充电桩充电过程中的运行数据；
所述光耦隔离模块用于电信号的隔离；
所述RS232通信模块用于串口通信数据传输；
所述射频模块用于近距离非接触式的数据交换；
所述蓝牙模块用于数据传输；
所述LED显示模块用于电量、费用显示；
所述触摸串口屏用于用户触摸显示，费用查询；
所述存储模块用于存储用户数据及消费信息；
所述计量模块用于电量统计；
所述隔离电源用于对计量模块进行电隔离。
2.根据权利要求1所述的一种充电桩计量系统，其特征在于，所述单片机控制采用单片机STM32F103C8T6。
3.根据权利要求1所述的一种充电桩计量系统，其特征在于，所述计量模块采用JSY-MK-163单相互感计量模块。
4.根据权利要求1所述的一种充电桩计量系统，其特征在于，所述射频模块采用RFID-RC522射频模块。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种充电桩计量系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)硬件初始化，获取充电桩给负载充电时的电压、电流、电量值；
(S2)触摸屏幕，使屏幕处于状态显示界面，通过射频模块读取用户IC卡信息；
(S3)根据屏幕界面的显示状态选择相应的操作，完成充电相关操作。
6.根据权利要求5所述的一种充电桩计量系统的使用方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，所述电流、电压和电量值的具体获取方法如下：
(S11)电压通过计量模块中的采样电阻采样，电流通过互感器采样；
(S12)利用计量模块中的模数转换ADC，将模拟量转换为数字量；
(S13)单片机控制器利用串口，通过MODBUS-RTU通讯协议将指令发送给计量模块，计量模块返回数据，获得电流、电压和电量值。
7.根据权利要求6所述的一种充电桩计量系统的使用方法，其特征在于，在所述步骤(S2)中，状态显示界面显示的内容包括电压、电量显示，充电计费显示，余额查询显示，充值界面显示，以及消费显示。
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