CN115122956A - 一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，包括与交流电输入端连接的电源模块和与电源模块连接的MCU控制电路，还包括计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路、TFT液晶显示电路和充电接口，所述MCU控制电路分别与计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路和TFT液晶显示电路连接，所述MCU控制电路还连接有4G模组。本发明提供的具有十路通道的电动自行车智能充电电路，实现对电动自行车安全便捷充电，用户可以通过扫码实现一键智能充电的多种功能，实时查看电池充电的状态。
Description
技术领域
本发明涉及电动自行车充电技术领域，特别是一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路。
背景技术
近年来，电动自行车充电事故的发生，已引起广泛的社会关注，人们对规范管理自行车充电的意识非常强烈。普遍的电动自行车充电方法，通常是在室内或楼道内拉线安装充电插座，加上随车携带的充电器充电。车辆停放在楼道充电容易引发起火等安全隐患，造成危害。
特别是对于高层用户，极为不方便。若电动自行车或电池随用户搭乘电梯上高层去充电，易造成电梯拥堵，而且在电梯轿厢内的密闭空间，电池容易受到磕碰损坏，而起火燃烧或爆炸，这对轿厢内的人有着极大的安全隐患。所以公共充电设施需要具备多项安全保护技术，有效解决充电难、充电保护的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种实现对电动自行车安全便捷充电，用户可以通过扫码实现一键智能充电的多种功能，实时查看电池充电的状态的具有十路通道的电动自行车智能充电电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，包括与交流电输入端连接的电源模块和与电源模块连接的MCU控制电路，还包括计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路、TFT液晶显示电路和充电接口，所述MCU控制电路分别与计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路和TFT液晶显示电路连接，所述MCU控制电路还连接有4G模组；
所述充电插入检测电路在待需充电的电动自行车接通时，延迟反馈第一预设信号之后向所述MCU控制电路发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU控制电路工作。
作为本发明的进一步改进：所述充电插入检测电路在待需充电的电动自行车断开或插座空载时，立即向所述MCU控制电路发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU控制电路关闭。
作为本发明的进一步改进：所述计量IC检测电路包括电流采样电路、电压采样电路和计量IC芯片BL0910，所述电流采样电路检测通道电流变化后输入到计量IC芯片BL0910计算通道电流值，所述电压采样电路检测通道电压后输入到计量IC芯片BL0910计算通道电压值。
作为本发明的进一步改进：所述电流采样电路包括第三十电阻R30、第三十二电阻R32、第三十电容C30和第三十一电容C31，所述第三十电阻R30连接第三十电容C30的一端，所述第三十二电阻R32连接第三十一电容C31的一端，所述第三十电容C30和第三十一电容连接C31，且所述第三十电容C30和第三十一电容C31之间的连接处接地，所述电流采样电路还包括通道，所述通道接入计量IC芯片BL0910的管脚IN和IP上。
作为本发明的进一步改进：所述电压采样电路包括第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十一电阻R31、第二十九电容C29和第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29的一端连接在所述第二十九电容C29，该端同时串联连接第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27 和第二十八电阻R28，所述第三十一电阻R31的一端连接第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29和第三十一电阻R31的另一端连接并接地，所述第二十九电容C29与第三十二电容C32连接并接地，所述电压采样电路接入到计量IC芯片BL0910的管脚VN和VP上。
作为本发明的进一步改进：所述充电插入检测电路中，第六十五电阻R65 和第六十六电阻R66连接，第六十六电阻R66的另一端同时连接第十六二极管 D16的阴极和光电耦合器OP1的第一接口，所述第十六二极管的阳极连接至火线，该阳极还与光电耦合器OP1的第二接口连接，所述光电耦合器OP1的第四接口连接第四十六电阻R46，所述光电耦合器OP1的第三接口接地，所述第四十六电阻R46的另一端接入MCU控制电路。
作为本发明的进一步改进：所述继电器输出控制电路中，第五十五电阻R55 的一端同时连接第六十电容的一端和第三三极管Q3的基极，所述第六十电容的另一端和第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极接入继电器的第一引脚和连接第六二极管的阳极D6，所述第六二极管的阴极接入继电器的第二引脚，第一检测电阻RT1的一端接入继电器的第四引脚，所述第一检测电阻RT1的另一端与交流电连接，保险丝F1接入继电器的第三引脚。
作为本发明的进一步改进：所述刷卡电路包括刷卡感应电路、晶振传输电路和芯片U9，所述晶振传输电路包括第二十九电容C29、第三十三电容C33和第二晶体振荡器Y2，所述第二十九电容C29连接第二晶体振荡器Y2的一端和接入芯片U9，第三十三电容C33连接第二晶体振荡器Y2的另一端和接入芯片U9，所述第二十九电容C29和第三十三电容C33的另一端连通并接地。
作为本发明的进一步改进：所述MCU控制电路包括晶振输入电路、程序烧录电路和芯片U3，所述晶振输入电路包括第十一电容C11、第十二电容C12、第一晶体振荡器Y1和第一电阻R1，所述第十一电容C11连接第第一晶体振荡器 Y1的一端、第一电阻R1的一端和接入芯片U3，第十二电容C12连接第一晶体振荡器Y1的另一端、第一电阻R1的另一端和接入芯片U3，所述第十一电容C11 和第十二电容C12的另一端连通并接地。
作为本发明的进一步改进：所述TFT液晶显示电路通过I2C与MCU控制电路连接，所述刷卡电路通过SPI与MCU控制电路连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的具有十路通道的电动自行车智能充电电路，可以实现自动识别充电功率，支持在线功率检测，动态电流实时监测，来实现按时间、按功率、按电量收费，电池充满后自动停止充电，提高用户对电动自行车蓄电池充电的便捷性以及安全性的需求。
2.配备充电插入检测电路，检测某路充电口输出电流或输出功率超过单路支持的最大值时停止该路供电，充电桩检测到某通道充电口产生非常大的瞬时电流停止该通道供电，并且充电插头未插入插座时不能充电，防止误插入导致的触电事故。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的计量IC检测电路图。
图3为本发明的充电检测电路图。
图4为本发明的刷卡电路图。
图5为本发明的TFT液晶显示电路图。
图6为本发明的MCU控制电路图。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：
本发明的详细描述：
实施例：
图1中，一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，包括与交流电输入端连接的电源模块9和与电源模块9连接的MCU控制电路1，还包括计量IC 检测电路2、继电器输出控制电路3、充电插入检测电路4、刷卡电路5、TFT液晶显示电路6和充电接口8，所述MCU控制电路1分别与计量IC检测电路2、继电器输出控制电路3、充电插入检测电路4、刷卡电路5和TFT液晶显示电路6 连接，所述MCU控制电路1还连接有4G模组7；
所述充电插入检测电路4在待需充电的电动自行车接通时，延迟反馈第一预设信号之后向所述MCU控制电路1发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU控制电路1工作。
所述充电插入检测电路4在待需充电的电动自行车断开或插座空载时，立即向所述MCU控制电路1发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU 控制电路1关闭。
对MCU控制电路1设置一个充电插入检测电路4，可以在待需充电的电动自行车接通时的的一段时间延迟电动自行车已接通的信号(第一预设信号)，MCU 控制电路1工作未接收到电动自行车已接通的信号，停止对充电接口8供电，从而保证用户在充电插头插入充电接口8时，防止误插入导致的触电事故；此外，在待需充电的电动自行车插头断开或插座空载时，充电插入检测电路4立即向MCU控制电路1发出充电断开控制信号，停止对充电接口8供电，从而实现充电插头未插入插座时不能充电的功能。
从图2中，所述计量IC检测电路2包括电流采样电路、电压采样电路和计量IC芯片BL0910，所述电流采样电路检测通道电流变化后输入到计量IC芯片 BL0910计算通道电流值，所述电压采样电路检测通道电压后输入到计量IC芯片 BL0910计算通道电压值。计量IC芯片BL0910是一颗内置时钟多路免校准电能计量芯片，最多可以实现十相交流电能计量，即最多可以提供十个通道的接口，计量IC(BL0910)中的管脚IN1和IP1代表一路电流检测通道，总共有十路电流检测通道IN1、IP1到IN10、IP10，计量IC芯片(BL0910)中的管脚VN和VP代表一路的电压检测通道，电动自行车充电时，所需要的电压处于稳压状态，而电流变化的，可利用一路的电压检测通道和十路的电流检测通道配置成最多十路的充电输出接口，进行对电动自行车充电。
所述继电器输出控制电路3中，第五十五电阻R55的一端同时连接第六十电容的一端和第三三极管Q3的基极，所述第六十电容的另一端和第三三极管Q3 的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极接入继电器的第一引脚和连接第六二极管的阳极D6，所述第六二极管的阴极接入继电器的第二引脚，第一检测电阻RT1的一端接入继电器的第四引脚，所述第一检测电阻RT1的另一端与交流电连接，保险丝F1接入继电器的第三引脚。
继电器RLY1的管脚1和管脚2是控制引脚，只需在两个管脚之间加上5V 的电压，继电器的管脚3和管脚4就会闭合，图2中电阻R55、电容C60和三极管Q3组合成继电器的控制电路，MCU控制电路1输出引脚通过输出高电平，将三极管Q3进行导通，这样继电器RLY1的管脚1就会通过三极管Q3连接到地，形成继电器RLY1管脚1和管脚2之间是5V的电压，从而使得继电器RLY1的管脚3和管脚4闭合。通过交流电220V的火线连接到检测电阻RT1的一端，检测电阻RT1的另外一端连接到继电器RLY1的管脚4，当继电器RLY1闭合时，交流电压就可以通过继电器RLY1的管脚3连接到保险丝F1上，再连接到充电接口8，对电动自行车进行充电。
所述电流采样电路包括第三十电阻R30、第三十二电阻R32、第三十电容C30 和第三十一电容C31，所述第三十电阻R30连接第三十电容C30的一端，所述第三十二电阻R32连接第三十一电容C31的一端，所述第三十电容C30和第三十一电容连接C31，且所述第三十电容C30和第三十一电容C31之间的连接处接地，所述电流采样电路还包括通道，所述通道接入计量IC芯片BL0910的管脚IN和 IP上。
一路通道电流采样电流是通过电阻R30、R32电容C30、C31组成差分测量电路，然后电阻R30、R32的两端分别连接到检测电阻RT1的两端，然后电阻R30、R32 的另外两端接到计量IC(BL0910)电流检测通道IN1、IP1管脚上，主要是通过监测检测电阻RT1上的电流变化，从而转变成电压的变化，输入到计量IC (BL0910)上，形成计算得出改通道的电流值。
所述电压采样电路包括第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十一电阻R31、第二十九电容C29和第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29的一端连接在所述第二十九电容C29，该端同时串联连接第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，所述第三十一电阻R31的一端连接第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29和第三十一电阻R31的另一端连接并接地，所述第二十九电容C29与第三十二电容C32连接并接地，所述电压采样电路接入到计量IC芯片BL0910的管脚VN和VP上。
一路电压采样电压是通过电阻R24、R25、R26、R27、R28、R29、R31，电容 C29、C32组成分压差分测量电路，交流电220V的零线经过电阻R24的一端，将过该电路的分压，再输入到计量IC(BL0910)的管脚VN和VP上，形成计算交流电的电压值。
每个通道的电压值相同，每个通道的电流值通过各个通道的电流进行计算，计量IC(BL0910)就能够准确测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，MCU控制电路1再与计量IC芯片(BL0910)进行通信，获取参数，从而实现自动识别充电功率，支持在线功率检测，动态电流实时监测，来实现按时间、按功率、按电量收费，电池充满后自动停止充电，检测某路充电口输出电流或输出功率超过单路支持的最大值时停止该路供电，充电桩检测到某路充电口产生非常大的瞬时电流停止该路供电的功能。
从图3中，所述充电插入检测电路4中，第六十五电阻R65和第六十六电阻R66连接，第六十六电阻R66的另一端同时连接第十六二极管D16的阴极和光电耦合器OP1的第一接口，所述第十六二极管的阳极连接至火线，该阳极还与光电耦合器OP1的第二接口连接，所述光电耦合器OP1的第四接口连接第四十六电阻R46，所述光电耦合器OP1的第三接口接地，所述第四十六电阻R46的另一端接入MCU控制电路1。
上述充电插入检测电路4是电动自行车充电器插入检测电路，实现空载不供电功能，待机时插座不通电，防止误插入导致的触电事故。
该电路是由电阻R65、R66、R46，快恢复二极管D16，光电耦合器OP1，共同组成降压、隔离、波形整形电路；TEST端MCU作为信号的接收端，负责将接收到的矩形波脉冲检测信号，来判断电动自行车充电器是否已经插入充电插座。交流电输入的火线(L)接电阻R65串联电阻R66，然后接入光电耦合器OP1的1管脚；光电耦合器OP1的的2管脚接输出插座的火线接口(L1_OUT)；光电耦合器OP1的4 管脚接入电压上拉电阻R46的3.3V的直流电源；光电耦合器OP1的3管脚直接到地；其中光电耦合器OP1的4管脚作为检测引脚，接入到MCU控制电路1的IO口，通过 MCU控制电路1的IO口检测该引脚的矩形波脉冲信号来进行判断电动自行车充电器是否已经插入充电插座。
从图4中，所述刷卡电路5包括刷卡感应电路、晶振传输电路和芯片U9，所述晶振传输电路包括第二十九电容C29、第三十三电容C33和第二晶体振荡器 Y2，所述第二十九电容C29连接第二晶体振荡器Y2的一端和接入芯片U9，第三十三电容C33连接第二晶体振荡器Y2的另一端和接入芯片U9，所述第二十九电容C29和第三十三电容C33的另一端连通并接地。
刷卡电路5，实现刷卡检测后，MCU控制电路1接收到相应的信息，再去处理相关的操作。该电路使用的检测芯片是U9(WS1830S非接触式读写卡射频芯片)，通过该芯片进行对刷卡信息的处理，以及将数据通过SPI通讯的方式传输给MCU控制电路1进行处理，而电容C29、C33，晶体振荡器Y2将提供27.12Mhz 的晶振频率给到检测芯片是U9；而刷卡感应线圈的刷卡感应电路是由电阻R27、 R28、R29、R30、R31、R32，电容C21、C22、C25、C26、C27、C28、C30、C31、 C32、C34，电感L1、L2，共同组成驱动感应线圈电路，支持完整的ISO/IEC 14443Type A/Type B协议，有效读卡距离可达8-10cm，当有效的IC卡、ID卡靠近时，识别该卡的信息，从而传输到MCU控制电路1中，进行相关的处理。
从图6中，所述MCU控制电路1包括晶振输入电路、程序烧录电路和芯片U3，所述晶振输入电路包括第十一电容C11、第十二电容C12、第一晶体振荡器Y1 和第一电阻R1，所述第十一电容C11连接第第一晶体振荡器Y1的一端、第一电阻R1的一端和接入芯片U3，第十二电容C12连接第一晶体振荡器Y1的另一端、第一电阻R1的另一端和接入芯片U3，所述第十一电容C11和第十二电容C12的另一端连通并接地。本发明选用的MCU是集成电路芯片U3，芯片U3为 GD32F103RCT6，而电容C11、C12，晶体振荡器Y1，电阻R1，将提供8Mhz的晶振频率给到芯片U3，让芯片U3能正常工作。芯片U3(GD32F103RCT6)可以提供不同类型的接口，以方便芯片U3可以与不同的模块进行通信。
所述TFT液晶显示电路6通过I2C与MCU控制电路1连接，所述刷卡电路通过SPI与MCU控制电路连接。如图5所示，FPC1是FPC接口，MCU控制电路1 通过SPI的通讯方式与液晶显示屏进行交互，当接上2.4寸TFT液晶屏后，MCU 控制电路1提供的界面和信息即可直接在屏上显示，实时监测每个输出回路充电电流、电压的变化；每个回路都有电量监测功能，智能分辨不同容量的电动车，并实施不同扣费标准，超出负载时禁止充电，用户体验感更好。
电源模块9主要作用是电压转换，从而给后级电路进行供电。
4G模组7可以实现数据上传，通过插上SIM卡，芯片U3就可以通过4G模组7连接到外网，通过收集和处理信息上传，充电信息即可保存到云端后台，实现实时查看充电信息，以及充电时自动储存当前充电信息，突然断电和来电后恢复当前充电状态。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，包括与交流电输入端连接的电源模块和与电源模块连接的MCU控制电路，还包括计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路、TFT液晶显示电路和充电接口，所述MCU控制电路分别与计量IC检测电路、继电器输出控制电路、充电插入检测电路、刷卡电路和TFT液晶显示电路连接，所述MCU控制电路还连接有4G模组；
所述充电插入检测电路在待需充电的电动自行车接通时，延迟反馈第一预设信号之后向所述MCU控制电路发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU控制电路工作。
2.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述充电插入检测电路在待需充电的电动自行车断开或插座空载时，立即向所述MCU控制电路发送第一控制信号，所述第一控制信号使得所述MCU控制电路关闭。
3.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述计量IC检测电路包括电流采样电路、电压采样电路和计量IC芯片BL0910，所述电流采样电路检测通道电流变化后输入到计量IC芯片BL0910计算通道电流值，所述电压采样电路检测通道电压后输入到计量IC芯片BL0910计算通道电压值。
4.根据权利要求3所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述电流采样电路包括第三十电阻R30、第三十二电阻R32、第三十电容C30和第三十一电容C31，所述第三十电阻R30连接第三十电容C30的一端，所述第三十二电阻R32连接第三十一电容C31的一端，所述第三十电容C30和第三十一电容连接C31，且所述第三十电容C30和第三十一电容C31之间的连接处接地，所述电流采样电路还包括通道，所述通道接入计量IC芯片BL0910的管脚IN和IP上。
5.根据权利要求4所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述电压采样电路包括第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十一电阻R31、第二十九电容C29和第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29的一端连接在所述第二十九电容C29，该端同时串联连接第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，所述第三十一电阻R31的一端连接第三十二电容C32，所述第二十九电阻R29和第三十一电阻R31的另一端连接并接地，所述第二十九电容C29与第三十二电容C32连接并接地，所述电压采样电路接入到计量IC芯片BL0910的管脚VN和VP上。
6.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述充电插入检测电路中，第六十五电阻R65和第六十六电阻R66连接，第六十六电阻R66的另一端同时连接第十六二极管D16的阴极和光电耦合器OP1的第一接口，所述第十六二极管的阳极连接至火线，该阳极还与光电耦合器OP1的第二接口连接，所述光电耦合器OP1的第四接口连接第四十六电阻R46，所述光电耦合器OP1的第三接口接地，所述第四十六电阻R46的另一端接入MCU控制电路。
7.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述继电器输出控制电路中，第五十五电阻R55的一端同时连接第六十电容的一端和第三三极管Q3的基极，所述第六十电容的另一端和第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极接入继电器的第一引脚和连接第六二极管的阳极D6，所述第六二极管的阴极接入继电器的第二引脚，第一检测电阻RT1的一端接入继电器的第四引脚，所述第一检测电阻RT1的另一端与交流电连接，保险丝F1接入继电器的第三引脚。
8.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述刷卡电路包括刷卡感应电路、晶振传输电路和芯片U9，所述晶振传输电路包括第二十九电容C29、第三十三电容C33和第二晶体振荡器Y2，所述第二十九电容C29连接第二晶体振荡器Y2的一端和接入芯片U9，第三十三电容C33连接第二晶体振荡器Y2的另一端和接入芯片U9，所述第二十九电容C29和第三十三电容C33的另一端连通并接地。
9.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述MCU控制电路包括晶振输入电路、程序烧录电路和芯片U3，所述晶振输入电路包括第十一电容C11、第十二电容C12、第一晶体振荡器Y1和第一电阻R1，所述第十一电容C11连接第第一晶体振荡器Y1的一端、第一电阻R1的一端和接入芯片U3，第十二电容C12连接第一晶体振荡器Y1的另一端、第一电阻R1的另一端和接入芯片U3，所述第十一电容C11和第十二电容C12的另一端连通并接地。
10.根据权利要求1所述的一种具有十路通道的电动自行车智能充电电路，其特征在于，所述TFT液晶显示电路通过I2C与MCU控制电路连接，所述刷卡电路通过SPI与MCU控制电路连接。
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