CN111624428A - 支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，应用于交流充电桩，包括：电压采集模块、电流采集模块、AD转换模块、数据处理模块以及充电插座；本发明的AD转换模块同步接收电压采集模块和电流采集模块输入的匹配的模拟量值，有利于提高数据采集的精确度，并且，PWM脉冲信号的采集通过数据处理模块中的定时器实现，在一定程度上能够减少AD转换模块的作业量，进一步提升模拟量值的准确度以及PWM脉冲信号的测量精确度；另外，AD转换模块与数据处理模块能够在同一采样周期内对交流充电桩中的所有的模拟量值以及PWM脉冲信号进行采集，极大地减少了采集现场数据所花费的时间，明显提升工作效率。

Description

支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置

技术领域

本发明涉及交流充电桩技术领域，尤其涉及一种支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置。

背景技术

根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据显示，截至2020年2月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩53.1万台，其中交流充电桩31.1万台、直流充电桩22万台、交直流一体充电桩488台。新能源汽车充电桩于2020年列入国家新基建的重点领域，未来十年，中国充电桩的建设预计存在6300万的缺口，该缺口会导致充电桩的各种故障和维修工作大大增加。

目前，在对交流充电桩进行故障诊断之前，需要采集交流充电桩的现场数据，以便与相关的标准数据之间进行比对，确定交流充电桩是否符合规范，或是否存在安全隐患等；但是，在对现场数据进行采集时，通常需要将设备打开后，使用现场检测工具对各个部件中的现场数据进行逐一采集并检测，尤其当充电桩的数量增多时，该方法不仅导致现场数据的采集过程较长，工作效率较低，且采集的数据精准度较低。

发明内容

本发明的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中使用现场检查工具进行检测，工作效率较低的同时，数据的精准度较低的技术缺陷。

本发明实施例提供了一种支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，包括：电压采集模块、电流采集模块、AD转换模块、数据处理模块以及充电插座；

所述充电插座与交流充电桩的交流回路进行串接，所述电压采集模块和电流采集模块的输入端均与所述充电插座相连，所述电压采集模块和电流采集模块的输出端通过所述AD转换模块与所述数据处理模块进行连接，所述数据处理模块还与所述电压采集模块中的至少一路信号进行连接；

其中，所述AD转换模块同步接收所述电压采集模块和所述电流采集模块输入的匹配的模拟量值，并将所述模拟量值进行AD转换后传输至所述数据处理模块；

同时，所述数据处理模块通过定时器同步接收所述电压采集模块中的PWM脉冲信号，并将所述AD转换模块的输入数据与所述PWM脉冲信号进行处理后得到采样数据，将所述采样数据发送至远程云服务器中，用于对所述交流充电桩进行故障诊断。

可选地，所述电压采集模块包括三相电压变换器、cc电压变换器以及cp电压变换器中的至少一种；

其中，所述cp电压变换器中的cp电压信号与所述数据处理模块之间匹配连接，用于通过所述定时器采集所述cp电压信号中的PWM脉冲信号。

可选地，所述三相电压变换器用于采集所述充电插座中的三相交流电压信号；

所述cc电压变换器用于采集所述充电插座与充电设备在充电过程中的电压信号；

所述cp电压变换器用于采集所述充电插座与所述充电设备之间连接状态的电压信号。

可选地，所述支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，还包括：无线通讯模块；

所述无线通讯模块与所述数据处理模块进行连接，用于将所述数据处理模块中的采样数据发送至所述后台云服务器。

可选地，所述数据处理模块包括同步计数器；

用于在所述采样数据发送至所述无线通讯模块之前，对所述数据处理模块中在同一采样周期内采集到的所述AD转换模块的输入数据和所述PWM脉冲信号进行同步计数，并产生对应的计数值。

可选地，所述数据处理模块还包括通信发送缓冲区；

用于在所述同步计数器进行计数后，对各个采样周期内通过所述数据处理模块处理得到的采样数据进行保存；

其中，所述通信发送缓冲区为循环的缓冲区数组，所述采样数据包括所述同步计数器统计的计数值、所述AD转换模块的输入数据以及所述PWM脉冲信号的周期和占空比。

可选地，所述数据处理模块还包括通讯发送线程；

所述通讯发送线程为独立的发送任务线程，用于循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块。

可选地，所述通讯发送线程循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块的步骤，包括：

对写入所述通信发送缓冲区中的采样数据的位置进行标记，得到第一标记值，对待发送到所述通讯发送线程中的采样数据的位置进行标记，得到第二标记值；

将所述第一标记值与所述第二标记值进行比对，若所述第一标记值大于所述第二标记值，则发送所述第二标记值对应的采样数据至所述无线通讯模块。

可选地，所述支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，还包括：电源模块；

所述电源模块与所述充电插座连接，为所述充电插座提供匹配的电源。

可选地，所述支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，还包括：线性稳压模块；

所述线性稳压模块的输入端与所述电源模块的输出端进行连接，所述线性稳压模块的输出端与所述AD转换模块及所述数据处理模块连接，分别为所述AD转换模块和所述数据处理模块提供匹配的电源。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明的电压采集模块和电流采集模块分别采集充电插座中的电压模拟量值以及电流模拟量值后，将其匹配连接至AD转换模块中，AD转换模块同步接收电压采集模块和电流采集模块输入的匹配的模拟量值，并将该模拟量值进行AD转换后传输至数据处理模块，有利于提高数据采集的精确度，并且，本发明中PWM脉冲信号的采集通过数据处理模块中的定时器实现，在一定程度上能够减少AD转换模块的作业量，再配合电流采集模块以及电压采集模块，进一步提升模拟量值的准确度以及PWM脉冲信号的测量精确度；另外，上述通过AD转换模块与数据处理模块的结合使用，能够在同一采样周期内对交流充电桩中的所有的模拟量值以及PWM脉冲信号进行采集，极大地减少了采集现场数据所花费的时间，明显提升工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置示意图；

图2为本发明实施例提供的AD转换模块和定时器同步采样示意图；

图3为本发明实施例提供的交流充电桩的控制时序示意图；

图4为本发明实施例提供的全息采样点数据示意图；

图5为本发明实施例提供的通信发送缓冲区结构示意图；

图6为本发明实施例提供的采样数据的获取与发送工作流程示意图；

图7为本发明实施例提供的通讯发送线程工作流程示意图；

图8为本发明实施例提供的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像本申请实施例中一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

对于本发明实施例提供的一种支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，现有技术中，在对交流充电桩进行数据检测、故障预警以及现场维修之前，需要采集交流充电桩的现场数据，并将采集到的现场数据发送至远程云服务器，以便与相关的标准数据之间进行比对，确定交流充电桩是否符合规范，或是否存在安全隐患等；但是，在对现场数据进行采集时，通常需要将设备打开后，使用现场检测工具对各个部件中的现场数据进行逐一采集并检测，尤其当充电桩的数量增多时，该方法不仅导致现场数据的采集过程较长，工作效率较低，且采集的数据精准度较低。

因此，本发明提出下述实施方式，以解决现有技术中对使用现场检查工具进行检测，工作效率较低的同时，数据的精准度较低的技术缺陷。

在一个实施例中，如图1所示，图1为本发明实施例的支持远程云服务的交流充电桩110的故障诊断装置示意图，本实施例中提出了一种支持远程云服务的交流充电桩110的故障诊断装置，可以应用于交流充电桩110，具体可以包括：电压采集模块130、电流采集模块140、AD转换模块150、数据处理模块160以及充电插座120；充电插座120与交流充电桩110的交流回路进行串接，电压采集模块130和电流采集模块140的输入端均与充电插座120相连，电压采集模块130和电流采集模块140的输出端通过AD转换模块150与数据处理模块160进行连接，数据处理模块160还与电压采集模块130中的至少一路信号进行连接。

其中，AD转换模块150同步接收电压采集模块130和电流采集模块140输入的匹配的模拟量值，该匹配过程可以包括对电压采集模块130以及电流采集模块140中采集到的模拟量值进行一定的比例转换，以使电压采集模块130和电流采集模块140的输出模拟量值与AD转换模块的输入模拟量值范围之间进行匹配。

AD转换模块将输入的模拟量值进行AD转换后传输至数据处理模块160；同时，数据处理模块160通过定时器同步接收电压采集模块130中的PWM脉冲信号，并将AD转换模块150的输入数据与PWM脉冲信号进行处理后得到采样数据，然后将该采样数据发送至远程云服务器中，用于对交流充电桩110进行故障诊断。

具体来说，交流充电桩110，作为电动汽车的主要供电方式之一，其通过充电插座120为电动汽车提供的电压和电流均为模拟量，且该电压、电流的模拟量值与AD转换模块150的输入值范围比较来说相对较大，也不利于进行AD转换；以AD转换模块150中的参考电压-2.5v～+2.5v为例，当电流采集模块140采集的交流充电桩110的交流电压输入为220v时，其电压值与AD转换模块150中-2.5v～+2.5v的输入条件不相符。因此，为了满足AD转换模块150中电压的输入条件，需要将采集到的电流模拟量值与电压模拟量值进行比例转换，以便AD转换模块150能够顺利进行。

可以理解的是，这里的比例转换指的是按照国家标准《GB/T 18487.1-2015_电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》中规定的充电桩检测时计量或测量要求所进行的一定比例的电压或电流的模拟量值缩小的转换过程，且转换后的电压模拟量值符合AD转换模块150中的电压输入条件。

这里的AD转换模块150可以是采用24比特的八通道同步AD转换电路ADS1278，该AD转换电路的积分误差典型值为±0.0003％，最大采样速率为128KSPS，满足充电桩检测的计量或测量的要求。

并且，该AD转换电路还连接有参考电压，其参考电压由芯片ADR441B提供，输出2.5V的电压值，具有3ppm的温漂。

当经过电压采集模块130和电流采集模块140采集到充电插座120上的电压模拟量值、电流模拟量值，并经过一定的比例转换后，AD转换模块150利用其多通道对电压采集模块130和电流采集模块140输出的电压模拟量值进行同步测量。

以ADS1278为例，其八个通道可同步采集电流采集模块140以及电压采集模块130中信号的幅值，如，交流充电桩110的电压、电流、cp信号以及cc信号的幅值，利用多通道的AD转换器对交流充电桩110上的多组信号进行同步采集，不仅可以提高数据精确度，还能够提升数据采集效率。

可以理解的是，这里的cc信号指的是交流充电桩110中的连接确认信号，主要是通过该cc信号来确认电动汽车是否连接充电插座120；这里的cp信号指的是交流充电桩110中的控制引导信号，通过该cp信号可判断交流充电桩110与充电汽车之间的控制充电状态和充电电流大小。

并且，cp信号在某个时间段内会切换为PWM输出模式，该模式下cp信号变换为PWM脉冲信号输出，若直接通过AD转换模块150对该PWM脉冲信号进行测量，其测量精确度相对较低，并且对芯片的使用要求相对较高，设备成本投入较高。

因此，本申请中，通过数据处理模块160中的定时器对电压采集模块130中的PWM脉冲信号进行采集，定时器跟随AD转换模块150在同一采样周期内同步检测电压采集模块130中的PWM脉冲信号，以通过PWM脉冲信号的周期和占空比来进一步确定充电电流大小以及充电状态等。

另外，定时器采集PWM脉冲信号时，可在cp信号与定时器之间连接限流电阻实现电压的自适应匹配，该限流电阻可以是100K，1W的普通电阻，目的是保证cp信号的电压与定时器的输入电压3.3v自动适应；如，cp信号的电压最大值为12v，中间值为9v、6v，当cp信号的电压值为这些值时，均可通过限流电阻限制在3.3v左右，并按高电平处理，实现自动匹配电平值。

可以理解的是，这里的数据处理模块160可以是BF609芯片及其外设组成，该芯片内置了大量的外设，包括1个SPI接口、以太网链路层、定时器、23个通用IO口、AMC接口(异步存储接口)等，外设包括256MBYTE DRAM、以太网物理层驱动芯片、晶体25MHz，内部倍频达到400MHz，外部倍频达到100MHz，BF609芯片及其外设用于完成本发明的任务调度及显示和输入等。

其中，显示和输入可通过显示LCD和键盘来实现，该显示LCD直接由BF609芯片及其外设通过AMC接口驱动显示；键盘为简易键盘，共24个键盘输入到BF609芯片及其外设的24个IO上。

当数据处理模块160采集到AD转换模块150中的输入数据，以及定时器采集的PWM脉冲信号后，可将输入数据与PWM脉冲信号进行处理后得到采样数据，该采样数据用于检测交流充电桩110的使用状况。

具体地，数据处理模块160通过SPI接口分时读取AD转换模块150中的输入数据，并在同一采样周期内，读取定时器测量得到的PWM脉冲信号，并对输入数据与PWM脉冲信号进行保存。

本实施例中，AD转换模块150的输入数据为通过AD转换模块150进行模数转换后得到的幅值数据，该幅值数据包括但不限于三相交流电流经比例变换后的幅值数据、三相交流电压经比例变换后的幅值数据、cc电压信号经比例变换后的幅值数据，以及cp电压信号经比例变换后的幅值数据。

经AD转换模块150转换后的输入数据，以及定时器测量得到的PWM脉冲信号的周期和占空比均为整型数据，为了使得检测的精度值更高，需要将该整型数据转换为浮点数据进行保存。

举例来说，AD采样通过SPI接口读取多个通道的AD采样值，并对多个通道中输入的模拟量值进行同步测量，得到输入数据，数据处理模块160通过SPI接口分时读取该输入数据，SPI接口读取到的输入数据为24Bit的整型数据，该整型数据通过比例变换后，按浮点数据存储，电压单位为V，电流单位为A。

PWM脉冲信号的周期和占空比，利用BF609芯片及其外设的定时器来设置脉冲捕获模式进行自动测量，测量的值为PWM脉冲信号的脉冲宽度WD和脉冲周期TD，并将脉冲宽度WD按秒为单位转存为浮点数W，把脉冲周期TD按秒为单位转存为浮点数T，脉冲的占空比计算为D＝W/T。

需要说明的是，上述BF609芯片及其外设的定时器时钟频率为100MHz，分辨率为10ns，PWM脉冲信号的周期为1ms，测量分辨率为10ns/1ms＝0.001％，AD转换模块150的采样率为1ksps，即1ms采样一次。所以，AD转换模块150采样的数据和定时器采样的数据自动同步，数据处理模块160在同一采样周期内，即可同时采集AD转换模块150中的输入数据以及定时器测量的PWM脉冲信号的周期和占空比。

下面通过本申请的一个示例来进行说明，具体参见图2、图3，图2为本发明实施例提供的AD转换模块150和定时器同步采样示意图，图3为本发明实施例提供的交流充电桩110的控制时序示意图。

图2中，以ADS1278为例，AD转换电路的八个通道同步采集三相电压U_a/U_b/U_c、三相电流I_a/I_b/I_c、cc信号、cp信号的电压模拟量值，采样速率为1ksps，再结合图3可知，cp信号在交流充电桩110的状态2和状态3对应的T1′时刻到T3′时刻切换到PWM输出模式，此时，通过定时器同步采集PWM脉冲信号的周期和占空比，即可将交流充电桩110在多种状态下的现场数据进行采集并测试。

由于充电桩时序要求检测PWM脉冲信号的准确周期和占空比，其他时刻检测其电压值，因此，PWM脉冲信号的周期T和占空比D的检测可以使用BF609芯片及其外设的定时器进行自动测量，该定时器的时钟为100MHz，分辨率为10ns，PWM脉冲信号的周期为1ms，测量分辨率为10ns/1ms＝0.001％，满足充电桩的检测要求的同时还能够提高测量精度。

上述实施例中，电压采集模块130和电流采集模块140分别采集充电插座120中的电压模拟量值以及电流模拟量值后，将其匹配连接至AD转换模块150中，AD转换模块150同步接收电压采集模块130和电流采集模块140输入的匹配的模拟量值，并将该模拟量值进行AD转换后传输至数据处理模块160，有利于提高数据采集的精确度，并且，PWM脉冲信号的采集通过数据处理模块160中的定时器实现，在一定程度上能够减少AD转换模块150的作业量，再配合电流采集模块140以及电压采集模块130，进一步提升模拟量值的准确度以及PWM脉冲信号的测量精确度；另外，上述通过AD转换模块150与数据处理模块160的结合使用，能够在同一采样周期内对交流充电桩110中的所有的模拟量值以及PWM脉冲信号进行采集，极大地减少了采集现场数据所花费的时间，明显提升工作效率。

另外，本实施例中，数据处理模块160的使用，降低了对AD转换模块150中所使用的芯片的周期分辨率和采样频率等要求，有效地减少了设备投入成本；例如，将PWM脉冲信号的周期和占空比同样通过AD转换模块150进行的话，该AD转换模块150使用的芯片需要达到10ns的周期分辨率，采样频率需要达到100MHz，其相对于本申请中AD转换模块150使用的芯片来说，不但价格较高，而且其检测电压模拟量的准确度偏低，同时，当处理的数据量极大时，无法通过远程继续上传数据。

在一个实施例中，所述电压采集模块130包括三相电压变换器、cc电压变换器以及cp电压变换器中的至少一种；其中，所述cp电压变换器中的cp电压信号与所述数据处理模块160之间匹配连接，用于通过所述定时器采集所述cp电压信号中的PWM脉冲信号。

本实施例中，优选地，三相电压变换器可以采用1ppm温漂、0.01％准确度的高稳定电阻对交流充电桩110上的三相电压进行比例缩小，并结合OPA2277运算放大器构成射随电路，该射随电路的分压比为200:1，也就是200V的电压输入，二次输出电压为1V，其中高压比例电阻可以为199K，低压比例电阻可以为1K。

举例来说，假设交流充电桩110的三相交流电流输入分别为U_a、U_b、U_c，假设三相精密电流变换器的输出电压值为U_2a、U_2b、U_2c，转换比例为200:1，则

经过变换后，220V*1.1(电网电压波动)的交流电压输出值为1.21VAC，峰峰值为-1.71～+1.71V，AD转换输入值为-2.5V～+2.5V，符合设计满足输入条件。

作为一种优选的方式，cc电压精密变换器和cp电压精密变换器均可以采用1ppm温漂、0.01％准确度的高稳定电阻对交流充电桩110上的三相电压进行比例缩小，并结合OPA2277运算放大器构成射随电路，该射随电路的分压比为12:1，也就是说，12V的电压输入，二次电压输出为1V，其中高压比例电阻可以为110K，低压比例电阻可以为10K。

举例来说，假设交流充电桩110的一次电压值为V_cc、V_cp，通过第一电压精密变换器和第二电压精密变换器进行电压转换后的输出电压值为V_cc1、V_cp1，转换公式为

经过电流互感器和电流转换模块变换后，最大为12V的V_cc和V_cp对应的二次电压值1V，AD转换模块150的输入值为-2.5V～+2.5V，符合设计满足输入条件。

另外，本发明中，优选地，电流采集模块140可以为三相电流变换器，该三相电流变换器可以采用0.01级的零磁通电流互感器，以及运放OPA2277和0.01％准确度的RF电阻(1ppm温漂)组成电流电压转换电路，该电流电压转换电流的转换比例为80A:1V，其中，80:1为电流互感器变比。

举例来说，假设交流充电桩110的三相交流电流输入分别为I_a、I_b、I_c，假设三相精密电流变换器的输出电压值为V_12a、V_12b、V_12c，转换比例为80A:1V，则

经过电流互感器和电流转换模块变换后，63A的电流值对应的二次电压值0.7875VAC，对应的峰峰值为1.113525V，AD转换模块150输入值为-2.5V～+2.5V，符合设计满足输入条件。

在一个实施例中，所述三相电压变换器用于采集所述充电插座120中的三相交流电压信号；所述三相电流变换器用于采集所述充电插座120中的三相交流电流信号；所述cc电压变换器用于采集所述充电插座120与充电设备在充电过程中的电压信号，如cc信号；所述cp电压变换器用于采集所述充电插座120与所述充电设备之间连接状态的电压信号，如cp信号。

在一个实施例中，所述支持远程云服务的交流充电桩110的故障诊断装置，还可以包括：无线通讯模块；所述无线通讯模块与所述数据处理模块160进行连接，用于将所述数据处理模块160中的采样数据发送至后台云服务器。

本实施例中，无线通讯模块包括但不限于使用4G、5G或其他无线通讯技术实现远程数据传输的功能，无线通讯模块将数据处理模块160中的采样数据发送至后台云服务器中，这样，可通过后台云服务器进行大量的数据运算与检测功能，实现对交流充电桩110的使用状况的检测。

具体地，本申请提供了一个现场全息的基于时间同步的采样数据，并实时传输至后台云服务器，并利用后台云服务器实现对交流充电桩110的使用状况的检测。

例如，对于正常运行的交流充电桩110，由后台云服务器检测其是否符合相关的标准、规程、规范的要求，具有远程检测的功能；对尚可运行的、存在隐患的交流充电桩110，可以通过大数据算法，做出安全预警和潜在故障预警；对于有故障的交流充电桩110，可以通过各种对全息采样数据的比对，利用远程大数据做出故障模块的判断，创建现场精准维修。

另外，当本申请中的AD转换模块150使用低速、高精度的ADS1278，数据处理模块160使用BF609芯片及其外设时，其采样频率仅为1KHz，不仅能够降低单位采样周期内的采样数据量，还能够降低远程云服务的传输流量。

在一个实施例中，所述数据处理模块160包括同步计数器；用于在所述采样数据发送至所述无线通讯模块之前，对所述数据处理模块160中在同一采样周期内采集到的所述AD转换模块150的输入数据和所述PWM脉冲信号进行同步计数，并产生对应的计数值。

具体来说，数据处理模块160以BF609芯片为例，为了保证BF609芯片及其外设的传输过程的可靠性，需要在存储采样数据之前，对每个采样周期内读取的采样数据通过同步计数器来增加一个计数值，以标定数据顺序，避免数据传输过程中因网络阻塞等原因导致数据不完整或先发后至的现象发生；下面通过一组示例来说明同步计数器如何对数据处理模块160中的采样数据进行同步计数：

参见图4，图4为本发明实施例提供的全息采样点数据示意图；该图中，全息采样点数据包括但不限于同步计数器CN、三相电压U_a/U_b/U_c、三相电流I_a/I_b/I_c、cc信号、cp信号以及PWM脉冲信号的准确周期和占空比的采样数据等。

其中，同步计数器CN统计当前采样数据时，在前一个计数值的基础上加1，并且，同步计数器CN具有下限值和上限值，本申请中的同步计数器的上限值可以是0xffff，下限值为0；

V_U_a/U_b/U_c为三相电压信号的采样数据，单位为V；

V_I_a/I_b/I_c为三相电流信号的采样数据，单位为V；

V_CP/CC为cp信号和cc信号的采样数据，单位为V；

T_CP为cp信号的脉冲周期，单位为S(秒)；

D_CP为cp信号的占空比。

通过上述各个采样数据的集合，可得到数据处理模块160在每个采样周期内所读取到的采样数据；本申请中，以BF609芯片为例，PWM脉冲信号的周期为1ms，AD转换模块150的采样率为1ksps，即1ms采样一次，每1ms产生一个采样数据Data[i]，所以，AD转换模块150采样的数据和定时器采样的数据自动同步。

另外，本实施例中的同步计数器CN为双字节整数，三相电压V_U_a/U_b/U_c、三相电流C_I_a/I_b/I_c、V_CP/CC、T_CP、D_CP共10个4字节的单精度浮点；所有的采样点数据总共含有(10)*4+2＝42字节也就是42*8＝336个比特，所以，对通信带宽的要求至少为336ksps。

由于每个采样数据都带了同步计数器的时序，而且当本申请中同步计数器的最大值为65535时，其采样频率为1ms，只要在1ms*65536＝65.536秒内的时间延时均可以保证云端数据的完整性。

而无线通讯模块的平均通信带宽只需达到336ksps即可，也就是传输速率要到达336/8＝42kB就可以了，目前一般的无线通讯模块，如4G模块都可以达到该要求。

上述实施例中，通过同步计数器标定同一采样周期内的采样数据的顺序，避免了因无线通信路由原因造成的先发后至，从而在后台云服务器端造成接收顺序错误的情况发生，且后台云服务器端可以通过采样数据中的计数值进行重建。

在一个实施例中，所述数据处理模块160还可以包括通信发送缓冲区，用于在所述同步计数器进行计数后，对各个采样周期内通过所述数据处理模块160处理得到的采样数据进行保存。

其中，所述通信发送缓冲区为循环的缓冲区数组，所述采样数据包括所述同步计数器统计的计数值、所述AD转换模块150的输入数据以及所述PWM脉冲信号的周期和占空比。

下面通过另一组示例来说明如何通过数据处理模块160将同步计数器中的计数值对应的采样数据写入通信发送缓冲区：

参见图5，图5为本发明实施例提供的通信发送缓冲区结构示意图；如图5所示，数据处理模块160中的采样数据Data[i]放在通信发送缓冲区中的第i位置，Data[m]为从通信发送缓冲区中发送的采样数据，其中，该通信发送缓冲区为一个循环的缓冲区数组，当本申请中同步计数器的上限值为0xffff，即65535时，该缓冲区数组可表示为Data[0，65536]，一旦有新的采样数据写入通信发送缓冲区中，i加1，直到i＝65535后自动置0。

需要说明的是，这里一个采样数据Data[i]中共包含有10个4字节的浮点数和1个双字节数整数，共占用空间42字节，Data[0，65536]＝42*65536＝2,752,512字节，也就是2.625M字节的内存，本发明中若使用BF609芯片及其外设作为数据处理模块160的话，其具有256M的内存，因而满足设计要求。

在一个实施例中，所述数据处理模块160还可以包括通讯发送线程；所述通讯发送线程为独立的发送任务线程，用于循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块。

本实施例中，为了防止后续将采样数据发送至其他设备或服务端时，因通信延时造成的速度不均衡、数据不完整等现象发生，可在采样数据发送前，将其由通信发送缓冲区发送至通讯发送线程中，以匹配通信网络的传输速率。

具体可通过如下步骤实现，参见图6，图6为本发明实施例提供的采样数据的获取与发送工作流程示意图；图6中，数据处理模块160采用BF609芯片及其外设，AD转换电路采用八通道的AD转换器ADS1278，具体步骤如下：

S110：BF609芯片及其外设通过SPI接口读取AD转换模块150中的输入数据；

S120：BF609芯片及其外设的定时器读取PWM脉冲信号的脉冲宽度WD和周期TD；

S130：BF609芯片及其外设把AD转换模块150中的输入数据转成为浮点格式，并通过定时器测量的脉冲宽度WD和周期TD计算占空比D和周期T，按浮点格式转存；

S140：BF609芯片及其外设把第i点的采样数据Data[i]写入通信发送缓冲区的第i位置，同步计数器的计数值i加1；

S150：BF609芯片及其外设把第i位置的采样数据Data[i]发送到通讯发送线程。

并且，通讯发送线程一直循环检测通信发送缓冲区是否有需要发送采样数据，若没有，则返回至步骤S110，重新通过BF609芯片及其外设读取AD转换模块150中的采样值；另外，如果需要人为退出测试，则退出即可。

在一个实施例中，参见图7，图7为本发明实施例提供的通讯发送线程工作流程示意图；如图7所示，所述通讯发送线程循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块的步骤，可以包括：

S210：对写入所述通信发送缓冲区中的采样数据的位置进行标记，得到第一标记值；

S220：对待发送到所述通讯发送线程中的采样数据的位置进行标记，得到第二标记值；

S230：将所述第一标记值与所述第二标记值进行比对；

S240：若所述第一标记值大于所述第二标记值，则发送所述第二标记值对应的采样数据至所述无线通讯模块；

S250：若所述第一标记值不大于所述第二标记值，则循环等待。

本实施例中，当数据处理模块160将通信发送缓冲区中存储的已标定数据顺序的采样数据发送至通讯发送线程，并由通讯发送线程循环检测通信发送缓冲区是否需要发送采样数据。

举例来说，当同步计数器的上限值为65535时，通讯发送线程循环检测通信发送缓冲区是否需要发送采样数据的依据为：(i-m+65536)％65536≥1，其中，i为通信发送缓冲区中采样数据写入的位置，即第一标记值，m为通信发送缓冲区中待发送的采样数据所在的位置，即第二标记值，当发送完毕后，m加1，且m必须滞后于i，当同步计数器的计数值超过65535后自动置0，因而，该公式中需要对65536进行取模。

上述实施例中，数据处理模块160通过独立的通信发送线程和通信缓冲区实现采样数据的写入和通信发送的缓冲，即便在通信速率不稳定的情况下也能够保证数据的完整性，并且写入采样数据的位置超前于发送采样数据的位置，以此来保证数据处理模块160读取AD转换模块150中的采样值的时间。

在一个实施例中，所述支持远程云服务的交流充电桩110的故障诊断装置还可以包括：电源模块和线性稳压模块，所述电源模块与所述充电插座120连接，为所述充电插座120提供匹配的电源。

所述线性稳压模块的输入端与所述电源模块的输出端进行连接，所述线性稳压模块的输出端与所述AD转换模块150及所述数据处理模块160连接，分别为所述AD转换模块150和所述数据处理模块160提供匹配的电源。

举例来说，电源模块的输出电压可以是±15v以及+5v，输出电流可以是2A，可以将±15v的输出电压连接至充电插座120上，将+5v的输出电压连接至线性稳压模块中。

另外，线性稳压模块可以包括第一电源变换器和第二电源变换器，两组电源变换器的使用，不仅能够满足AD转换模块150和数据处理模块160对电压的需求，还能够降低投入成本。

其中，第一电源变换器可以将电源模块中的+5v输出电压转换为1.8v的输出电压供AD转换模块150和数据处理模块160使用；第二电源变换器可以将电源模块中的+5v输出电压转换为3.3v的输出电压供AD转换模块150和数据处理模块160使用。

通过第一电源变换器和第二电源变换器将电源模块中的电压值进行比例转换后，以适应AD转换模块150和数据处理模块160中的内核电压。当然，这里的第一电源变换器和第二电源变换器可使用固定电压输出的芯片REG1117F-1.8以及REG1117F-3.3实现电源转换。

下面通过一组实例对本申请中支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置进行辅助说明，具体参见图8，图8为本发明实施例提供的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断系统示意图，如图8所示：

交流供电插座1与交流供电充电插座7为串接到三相或单相交流充电桩之间的交流回路上的充电插座，电源模块2为其提供电源，三相电流变换器3采集充电插座中的三相交流电流，并将其输送至AD转换电路15中，三相电压变换器4采集充电插座中的三相交流电流，并将其输送至AD转换电路15中，电压变换器5采集cc信号和PE/GND信号，电压变换器6采集cp信号和PE/GND信号，并将采集到的信号输送至AD转换电路15中的相应通道，另外，cp信号还通过限流电阻16连接至BF609芯片及其外设8的定时器中，电源变换11和12为AD转换电路15以及BF609芯片及其外设8提供相应的电压，并且AD转换电路15还连接有REF13，BF609芯片及其外设8连接有4G模块14、键盘10以及显示LCD9，BF609芯片及其外设8通过4G模块14将采样数据发送至云端服务器，以实现对交流充电桩的使用状况的检测。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，包括：电压采集模块、电流采集模块、AD转换模块、数据处理模块以及充电插座；

所述充电插座与交流充电桩的交流回路进行串接，所述电压采集模块和电流采集模块的输入端均与所述充电插座相连，所述电压采集模块和电流采集模块的输出端通过所述AD转换模块与所述数据处理模块进行连接，所述数据处理模块还与所述电压采集模块中的至少一路信号进行连接；

其中，所述AD转换模块同步接收所述电压采集模块和所述电流采集模块输入的匹配的模拟量值，并将所述模拟量值进行AD转换后传输至所述数据处理模块；

同时，所述数据处理模块通过定时器同步接收所述电压采集模块中的PWM脉冲信号，并将所述AD转换模块的输入数据与所述PWM脉冲信号进行处理后得到采样数据，将所述采样数据发送至远程云服务器中，用于对所述交流充电桩进行故障诊断。

2.根据权利要求1所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述电压采集模块包括三相电压变换器、cc电压变换器以及cp电压变换器中的至少一种；

其中，所述cp电压变换器中的cp电压信号与所述数据处理模块之间匹配连接，用于通过所述定时器采集所述cp电压信号中的PWM脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述三相电压变换器用于采集所述充电插座中的三相交流电压信号；

所述cc电压变换器用于采集所述充电插座与充电设备在充电过程中的电压信号；

所述cp电压变换器用于采集所述充电插座与所述充电设备之间连接状态的电压信号。

4.根据权利要求1所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，还包括：无线通讯模块；

所述无线通讯模块与所述数据处理模块进行连接，用于将所述数据处理模块中的采样数据发送至所述后台云服务器。

5.根据权利要求4所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述数据处理模块包括同步计数器；

用于在所述采样数据发送至所述无线通讯模块之前，对所述数据处理模块中在同一采样周期内采集到的所述AD转换模块的输入数据和所述PWM脉冲信号进行同步计数，并产生对应的计数值。

6.根据权利要求5所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述数据处理模块还包括通信发送缓冲区；

用于在所述同步计数器进行计数后，对各个采样周期内通过所述数据处理模块处理得到的采样数据进行保存；

其中，所述通信发送缓冲区为循环的缓冲区数组，所述采样数据包括所述同步计数器统计的计数值、所述AD转换模块的输入数据以及所述PWM脉冲信号的周期和占空比。

7.根据权利要求6所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述数据处理模块还包括通讯发送线程；

所述通讯发送线程为独立的发送任务线程，用于循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块。

8.根据权利要求7所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，所述通讯发送线程循环检测所述通信发送缓冲区是否需要发送采样数据至所述无线通讯模块的步骤，包括：

对写入所述通信发送缓冲区中的采样数据的位置进行标记，得到第一标记值，对待发送到所述通讯发送线程中的采样数据的位置进行标记，得到第二标记值；

将所述第一标记值与所述第二标记值进行比对，若所述第一标记值大于所述第二标记值，则发送所述第二标记值对应的采样数据至所述无线通讯模块。

9.根据权利要求1所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，还包括：电源模块；

所述电源模块与所述充电插座连接，为所述充电插座提供匹配的电源。

10.根据权利要求9所述的支持远程云服务的交流充电桩的故障诊断装置，其特征在于，还包括：线性稳压模块；

所述线性稳压模块的输入端与所述电源模块的输出端进行连接，所述线性稳压模块的输出端与所述AD转换模块及所述数据处理模块连接，分别为所述AD转换模块和所述数据处理模块提供匹配的电源。

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