CN111752543B - 一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统及方法，采用Android加RTOS系统，二套系统组合满足全系列产品的需求，为了减少模块间的耦合度，该软件架构采用分层和模块化设计，系统可分为以下几个层：任务层、业务层、中间层和驱动层。具有良好的开放性、适应性和扩展性，方便移植和复用。本发明充电设备Android加RTOS系统具有更高的稳定性和便捷性，有效的提示设备智能化水平、满足预约充电、身份识别、远程监控、在线支付或闪付、故障诊断、系统升级、远程运维故障自修复等功能。

Description

一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统及方法
【技术领域】
本发明属于充电桩技术领域，涉及一种电动汽车充电系统，尤其是一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统及方法。
【背景技术】
近年来电动汽车产业蓬勃发展，电动汽车充电桩在电动汽车发展中起着至关重要的做用，是电动汽车发展必不可少的基础设施。随着全社会技术水平的不断进步，消费者对各种设备的智能化水平要求也越来越高，目前充电设备无法满足更多人性化、智能化、便捷性体验。
随着社会的进步，能源越来越少，城市环境污染日益严重，新能源的开发利用越来越被社会重视。充电设备为电动汽车运行提供能源补给，是电动汽车发展的重要配套基础设施，其中针对充电站、停车场以及一些车辆密集等场所建立充电桩有利于促进电动汽车行业的发展，对节能减排、发展绿色经济有重要意义，为保证电动汽车的运行，增加人们的环保意识，充电设备的应用受到了广泛关注。市场客户对充电设施的需求逐步呈现低成本、人性化和高品质的发展趋势，现有产品技术状态已逐渐不能满足客户需求，同时现有在运设备因定制化程度高，产品型号多且兼容性差，导致后期运维成本高。目前充电桩系统模块多，功能单一，无法实现功能模块远程升级及远程运维管理。
现有电动汽车充电充桩采用单片机系统，资源有限、内核小、人机交互卡顿、智能度低、人性化差、不够便捷；软件对硬件的依赖性高，软件的可移植性差，软件开发周期长；系统的扩展性差，不便于后期升级迭代，系统兼容性受限制，导致后期运维成本高，无法实现远程运维数据分析和管理。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统，包括：
充电服务平台，通过无线通信模块与安卓操作系统相交互，用于充电设备远程管理，获取用户充电请求并发送充电设备提供用户充电服务；运营统计分析管理，用户充电行为管理，设备运行状态管理；
无线通信模块，与安卓操作系统相交互，用于终端设备与平台双向数据交互通信；
安卓系统存储器，与安卓操作系统相交互，用于存储设备运行日志、车辆BMS原始数据、充电交易订单、设备配置信息、分时电价模型、图像信息、设备运行状态信息；
读卡器，与安卓操作系统通过串口通讯进行数据交互，用于刷卡授权启动充电、停止充电、计费管理；
LVDS触摸显示屏，用于显示安卓充电系统的操作界面，用户通过在触摸LVDS触摸显示屏对操作界面进行操作；显示采用高频HDMI口，带触摸屏操作，可以显示流媒体和充电操作信息；
语音识别模块，与安卓操作系统相交互，用于人与设备语音智能交互、设备状态查询、人机指令识别和双向交互对话，包含语音识别、语义识别、语音合成；
GPS模块，与安卓操作系统相交互，用于提供当前位置信息；
图像采集模块，与安卓操作系统相交互，用于车牌信息识别、车位信息识别、人脸身份设备、为自动识别充电、支付、运营管理提供便捷和安全；
CAN总线，用于安卓操作系统与RTOS实时处理系统进行双向数据交互；
车辆BMS模块，用于采集车辆电池信息以及充电数据交互；
I/O控制模块，用于控制直流接触器、交流接触器控制、12V车端辅助电源控制、24V车端辅助电源控制、充电枪电子所控制、泄放继电器控制、LED状态指示灯控制、蜂鸣器状态控制、风机状态控制；
采集模块，用于充电枪挂枪状态采集、充电枪电子锁状态采集、直流接触器状态采集、泄放接触器状态采集、直流熔断器状态采集、急停开关状态采集、开关门状态采集、水浸状态采集、塑壳状态反馈采集、交流接触器状态采集、车端辅助电源状态采集、充电枪正负极温度采集、充电枪插枪状态采集、直流绝缘监测电压采集、车端电池电压采集、直流电流采集、风机状态采集；
RTOS系统存储器，用于多任务的调度，处理能被区分优先级调度进程、线程，具有实时性高，占用资源小的优势；
通信接口，用于与功率模块单元通讯、读卡器模块通讯、ESAM模块通讯、4G无线模组通讯、WIFI模组通讯、蓝牙模组通讯、车端BMS通讯、电表通讯、以太网口通讯、功率放大器通讯、USB触摸设备通讯、LVDS显示屏通讯；
电表模块，用于与交流电表、直流电表通讯；读取电表数据，解析出电量、电压和电流等数据，依据电表计量数据提供设备屏幕显示、APP显示以及平台电量统计管理；
功率模块，用于对充电模块进行智能化调度，逻辑分组，根据充电需求实时调整输出电流等；
时钟模块，用于与时钟芯片通讯，提供精确的实时时间，能够对世纪、年、月、日、周、时、分、秒进行技时，具备有闰年补偿功能；为系统提供精确的时间基准，提供设备时间显示以及分时计费功能。
本发明进一步的改进在于：
所述无线通信模块包括4G模块、GPRS模块、Wifi模块以及蓝牙模块。
一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，包括以下步骤：
步骤1，设备上电自检；
步骤1-1，系统初始化，并进行自诊断，判断设备是否有告警故障，若设备正常则执行步骤1-2，否则执行步骤1-3；
步骤1-2，充电枪连接，依据用户选择的启动方式，启动刷卡/身份卡、扫码、蓝牙、影像识别以及语音识别，识别后进行授权成功，然后启动过程；
步骤1-3，此时设备有告警故障既屏幕显示故障信息，同时语音播报故障信息，并将告警故障上报平台；
步骤2，启动充电
步骤2-1，交流设备判断CP电压是否为6V，若CP为6V正常充电；直流设备充电握手成功，进入绝缘检测，绝缘检测完成后进行预充，预充后进行进入充电中，如预执行步骤2-4；
步骤2-2，充电中，APP或设备屏幕显示车辆电池信息、车辆需求信息、输出电流、电压、分时电量、卡信息等内容；
步骤2-3，判断充电停止条件，若满足用户主动操作、自动充满、异常停机等条件，执行步骤；
步骤2-4，关闭充电模块输出、切断输出接触器，进入停机状态处理，提示停机完成，推送结算信息及停机原因。
上述方法进一步的改进在于：
所述步骤2-1检测到用户插枪后，进行VIN、语音、影像识别，若此时用户刷卡、蓝牙、APP启动，则优先进行刷卡、蓝牙交互或APP扫码认证过程。
所述步骤2-3中，充电停止的条件为用户APP操作停止、电池充满或充电发生故障。
若用户进行刷卡操作、蓝牙操作或APP操作，则判断启动条件，若启动条件满足，则启动充电，否则进行错误提示，待用户更新信息后继续进行启动条件判断，直至启动充电。
所述步骤2-3中，判断停止的条件为用户刷卡操作停止、APP操作停止、电池充满或充电发生故障。
所述步骤2-3中，充电结束后，记录增加用户信息对应车辆VIN以及车牌号码。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明智能充电桩系统采用Android加RTOS系统，二套系统组合满足全系列产品的需求，为了减少模块间的耦合度，该软件架构采用分层和模块化设计，系统可分为以下几个层：任务层、业务层、中间层和驱动层。具有良好的开放性、适应性和扩展性，方便移植和复用。本发明充电设备Android加RTOS系统具有更高的稳定性和便捷性，有效的提示设备智能化水平、满足预约充电、身份识别、远程监控、在线支付或闪付、故障诊断、系统升级、远程运维故障自修复等功能。
【附图说明】
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明智能充电系统的拓扑图；
图2为本发明智能充电系统的软件架构图；
图3为本发明设备上电自检的流程图；
图4为本发明充电方法的流程图。
【具体实施方式】
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明基于Android(安卓操作系统)和RTOS(实时操作系统)系统的电动汽车智能充电桩系统，包括Android操作系统和RTOS操作系统。Android操作系统主要用于处理人机交互、UI以及智能外设信息处理，所述智能外设包括移动通信模块、Wifi模块、蓝牙模块、摄像头、GPS定位模块、LVDS触摸显示屏；RTOS实时操作系统主要用于实时处理车桩通讯、模块通讯、功率控制、流控、充电控制、采集、GIPO控制、计量、消息事件等。
Android操作系统处理事件说明：
人机交互、负责人与设备交互信息处理，比如用户充电操作过程都是通过此模块进行实现。
UI界面显示，负责设备状态、用户、充实时数据、结算信息等画面形式呈现。
智能外设信息处理同时上面的描述。
RTOS实时操作系统处理事件说明：
车桩通讯，充电设备枪与车辆物理连接完成、低压辅助上电、充电设备车辆进行BMS通讯、进行充电握手、参数配置、充电过程至充电结束进行全程数据交互。
模块通讯，充电设备与车辆连接后，RTOS系统驱动外部模块电源启动，与模块建立起通讯，对充电模块进行智能化调度，逻辑分组，根据充电需求实时调整输出电流等。
功率控制，控制功率控制模块负责整流模块的功率分配，模块投切，模块协议解析，模块开机，关机，调压调流等控制，接收来自其它模块的消息，完成对模块的投切和控制。
流控、充电流程的整体控制，完成启动充电、绝缘检测、预充、充电流程控制、停止充电、异常处理的充电流程控制。
充电控制，负责系统充电过程输出实时充电控制。
采集、负责充电过程实时电流、电压以及回路信号状态采集，输出实时充电数据和状态信息。
GIPO控制，负责外部的开入和开出实时控制。
计量、负责与外部交直流智能电表通讯，实时读取充电过程计量数据。
本发明基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，包括以下步骤：
步骤1，设备上电自检；
步骤1-1，系统初始化，并进行自诊断，判断设备是否有告警故障，若设备正常则执行步骤1-2，否则执行步骤1-3；
步骤1-2，充电枪连接，依据用户选择的启动方式，启动刷卡/身份卡、扫码、蓝牙、影像识别以及语音识别，识别后进行授权成功，然后启动过程；
步骤1-3，此时设备有告警故障既屏幕显示故障信息，同时语音播报故障信息，并将告警故障上报平台；
步骤2，启动充电
步骤2-1，交流设备判断CP电压是否6V，如CP为6V正常充电；直流设备充电握手成功，进入绝缘检测，绝缘检测完成后进行预充，预充后进行进入充电中，如预执行步骤2-4；
步骤2-2，充电中，APP或设备屏幕显示车辆电池信息、车辆需求信息、输出电流、电压、分时电量、卡信息等内容；
步骤2-3，判断充电停止条件，若满足用户主动操作、自动充满、异常停机等条件，执行步骤；
步骤2-4，关闭充电模块输出、切断输出接触器，进入停机状态处理，提示停机完成，推送结算信息及停机原因。
检测到用户插枪后，进行VIN、语音、影像识别，若此时用户刷卡、蓝牙、APP启动，则优先进行刷卡、蓝牙交互或APP扫码认证过程。
若用户进行刷卡、蓝牙或APP操作，则判断启动条件，若启动条件满足，则启动充电，否则进行错误提示，待用户更新信息后继续进行启动条件判断，直至启动充电。
步骤2-3，判断充电停止条件，若满足调节则结束充电，否则继续充电；充电停止的条件为用户进行刷卡操作、用户APP操作停止、电池充满或充电发生故障；充电结束后，记录增加用户信息对应车辆VIN以及车牌号码。
本发明软件架构分为：任务层、业务层、中间层、驱动层以及系统层，具体架构如下：
(1)任务层
业务层功能模块之间的消息数据同步，只在任务层，任务层只做消息的收发，流控同步。(比如bms模块的电压电流需求发送给功率控制模块)任务是按顶层业务功能进行划分，每个任务都是无限循环的程序，可以接收发送系统消息。每个任务调用一个以上的业务层模块，用来实现具体的顶层业务。任务层包含系统接口，对实时操作系统进行接口封装，实现创建任务、消息接收、发送操作等功能。任务层还定义了所有消息类型、消息结构、消息缓存等数据实体。
(2)业务层
业务层实现具体的完整的逻辑功能。业务层包含所有的具体业务功能，业务层只能调用中间层，只能被任务层所调用，不能调用任务层和驱动层函数。
(3)中间层
中间层为业务层提供基于驱动层的功能函数，屏蔽不同的驱动函数实现相同功能的差异。中间层只能调用驱动层函数，只能被业务层调用。(例如：基于扩展芯片的接触器控制和基于gpio的接触器控制，中间层向业务层提供统一的直流输出接触器控制接口，基于gpio握手电压判断或者基于adc的握手电压采集，中间层向业务层提供统一的握手电压读取接口)中间层介于驱动层和业务层之间，每个中间层模块可以实现一个具体功能，但该功能不实现完整业务逻辑。中间层可以调用驱动层及互相调用，但不要存在文件之间的相互依赖。
(4)驱动层
驱动层和硬件密切相关，驱动层屏蔽不同硬件平台的驱动差异，向中间层提供统一的驱动接口函数。驱动层只能被中间层调用，驱动层内可相互调用，但最不要存在文件之间的相互依赖。
实用中有效减少模块间的耦合度，该软件架构采用分层和模块化设计，本系统具有良好的开放性、适应性和扩展性，方便移植和复用。
(5)系统层
Android的核心系统服务依赖于Linux内核、安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型。Linux内核也同时作为硬件和软件栈之间的抽象层。
本发明还具有以下优点：
该发明具有新颖的智能充电桩系统软件架构设计，可有效的屏蔽因微小改动对整体软件架构的冲击，防止牵一发而动全身，从而提高程序的可维护性和扩展性、缩短开发周期、提高开发效率。从而实现充电桩系统可靠性、易用性、扩展性、安全性、智能化提升，满足用户体验高效、安全、智能化的充电服务。
智能充电桩系统采用Android加RTOS系统架构，实现充电设备的可靠性、易用性、扩展性、安全性、智能化具有突出的实质性特点；该发明能缩短系统软件开发周期，具有良好的开放性、适应性和扩展性，更方便移植和复用；实现充电设备的智能化，提升用户体验高效、安全、智能化的充电服务。
该发明所述智能充电桩系统采用Android加RTOS系统架构，实现充电桩系统可靠性、易用性、扩展性、安全性、智能化提升，满足用户体验高效、安全、智能化的充电服务。本产品从示范应用以来得到用户的好评，因此，该发明能够批量制造、使用，并且能够产生积极效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于安卓系统架构的电动汽车智能充电系统，其特征在于，包括：
充电服务平台，通过无线通信模块与安卓操作系统相交互，用于充电设备远程管理，获取用户充电请求并发送充电设备提供用户充电服务；运营统计分析管理，用户充电行为管理，设备运行状态管理；
无线通信模块，与安卓操作系统相交互，用于终端设备与充电服务平台双向数据交互通信；所述无线通信模块包括4G模块、GPRS模块、Wifi模块以及蓝牙模块；
安卓系统存储器，与安卓操作系统相交互，用于存储设备运行日志、车辆BMS原始数据、充电交易订单、设备配置信息、分时电价模型、图像信息、设备运行状态信息；
读卡器，与安卓操作系统通过串口通讯进行数据交互，用于刷卡授权启动充电、停止充电、计费管理；
LVDS触摸显示屏，用于显示安卓充电系统的操作界面，用户通过在触摸LVDS触摸显示屏对操作界面进行操作；显示采用高频HDMI口，带触摸屏操作，显示流媒体和充电操作信息；
语音识别模块，与安卓操作系统相交互，用于人与设备语音智能交互、设备状态查询、人机指令识别和双向交互对话，包含语音识别、语义识别、语音合成；
GPS模块，与安卓操作系统相交互，用于提供当前位置信息；
图像采集模块，与安卓操作系统相交互，用于车牌信息识别、车位信息识别、人脸身份设备、为自动识别充电、支付、运营管理提供便捷和安全；
CAN总线，用于安卓操作系统与RTOS实时处理系统进行双向数据交互；
车辆BMS模块，用于采集车辆电池信息以及充电数据交互；
I/O控制模块，用于控制直流接触器、交流接触器控制、12V车端辅助电源控制、24V车端辅助电源控制、充电枪电子所控制、泄放继电器控制、LED状态指示灯控制、蜂鸣器状态控制、风机状态控制；
采集模块，用于充电枪挂枪状态采集、充电枪电子锁状态采集、直流接触器状态采集、泄放接触器状态采集、直流熔断器状态采集、急停开关状态采集、开关门状态采集、水浸状态采集、塑壳状态反馈采集、交流接触器状态采集、车端辅助电源状态采集、充电枪正负极温度采集、充电枪插枪状态采集、直流绝缘监测电压采集、车端电池电压采集、直流电流采集、风机状态采集；
RTOS系统存储器，用于多任务的调度，处理能被区分优先级调度进程、线程，具有实时性高，占用资源小的优势；
通信接口，用于与功率模块单元通讯、读卡器模块通讯、ESAM模块通讯、4G无线模组通讯、WIFI模组通讯、蓝牙模组通讯、车端BMS通讯、电表通讯、以太网口通讯、功率放大器通讯、USB触摸设备通讯、LVDS显示屏通讯；
电表模块，用于与交流电表、直流电表通讯；读取电表数据，解析出电量、电压和电流数据，依据电表计量数据提供设备屏幕显示、APP显示以及平台电量统计管理；
功率模块，用于对充电模块进行智能化调度，逻辑分组，根据充电需求实时调整输出电流；
时钟模块，用于与时钟芯片通讯，提供精确的实时时间，能够对世纪、年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具备有闰年补偿功能；为系统提供精确的时间基准，提供设备时间显示以及分时计费功能。
2.一种采用权利要求1所述系统的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设备上电自检；
步骤1-1，系统初始化，并进行自诊断，判断设备是否有告警故障，若设备正常则执行步骤1-2，否则执行步骤1-3；
步骤1-2，充电枪连接，依据用户选择的启动方式，启动刷卡/身份卡、扫码、蓝牙、影像识别以及语音识别，识别后进行授权成功，然后启动过程；
步骤1-3，此时设备有告警故障既屏幕显示故障信息，同时语音播报故障信息，并将告警故障上报平台；
步骤2，启动充电
步骤2-1，交流设备判断CP电压是否为6V，若CP为6V正常充电；直流设备充电握手成功，进入绝缘检测，绝缘检测完成后进行预充，预充后进行进入充电中，执行步骤2-4；
步骤2-2，充电中，APP或设备屏幕显示车辆电池信息、车辆需求信息、输出电流、电压、分时电量、卡信息内容；
步骤2-3，判断充电停止条件，若满足用户主动操作、自动充满或异常停机的条件，执行步骤2-4；
步骤2-4，关闭充电模块输出、切断输出接触器，进入停机状态处理，提示停机完成，推送结算信息及停机原因。
3.根据权利要求2所述的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，所述步骤2-1检测到用户插枪后，进行VIN、语音、影像识别，若此时用户刷卡、蓝牙、APP启动，则优先进行刷卡、蓝牙交互或APP扫码认证过程。
4.根据权利要求2或3所述的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，所述步骤2-3中，充电停止的条件为用户APP操作停止、电池充满或充电发生故障。
5.根据权利要求4所述的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，若用户进行刷卡操作、蓝牙操作或APP操作，则判断启动条件，若启动条件满足，则启动充电，否则进行错误提示，待用户更新信息后继续进行启动条件判断，直至启动充电。
6.根据权利要求5所述的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，所述步骤2-3中，判断停止的条件为用户刷卡操作停止、APP操作停止、电池充满或充电发生故障。
7.根据权利要求2所述的基于安卓系统架构的电动汽车智能充电方法，其特征在于，所述步骤2-3中，充电结束后，记录增加用户信息对应车辆VIN以及车牌号码。
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