CN201345391Y - 用于电动汽车充电机的控制面板系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电动汽车充电机的控制面板系统，包括：键盘设定模块、液晶显示模块、通信接口模块、以及控制器，其中，通信接口模块、液晶显示模块和键盘设定模块连接至控制器，通信接口模块连接至电动汽车充电机的网络系统。本实用新型的控制面板系统与充电机主控制器之间通过所述通信接口模块进行通讯，从而独立于充电机控制系统中的其他子系统，解决了现有控制面板系统的影响CPU性能、成本较高的问题，降低了成本、提高了可靠性。

Description

用于电动汽车充电机的控制面板系统

技术领域

本实用新型涉及电气领域，具体而言，涉及一种用于电动汽车充电机的控制面板系统。

背景技术

汽车在给人类的生活带来便捷舒适的同时，也消耗了大量的石油资源、排放废气、制造噪音，对自然生态环境和人类自身健康也带来了无法回避的负面影响。目前，随着世界各国对汽车排放控制、能源问题的日益关注，清洁、环保、节能的电动汽车已成为世界汽车工业发展的热点。根据我国的国情，发展电动汽车更是迫在眉睫。电动汽车，顾名思义就是主要以电池为全部或部分动力源的汽车。目前制约电动汽车产业发展主要有两个方面：一是电池本身，二是充电方式。电动汽车充电机作为电池充电的必要手段，其性能好坏和工艺复杂程度直接影响到电池的使用寿命和电动汽车的推广。

在实现本实用新型过程中，发明人发现传统充电机系统的控制面板系统：一是直接使用系统中的CPU对显示器进行动态扫描和键盘检测，为保证显示的稳定和键盘的及时响应，CPU需要频繁地执行动态扫描程序，显然在CPU工作比较繁忙的情况下不太适用；二是专用的显示、键盘芯片如8279，SAA1064等，这些芯片由于种种原因在实际应用中总有不便之处，如可显示的位数均较少，价格较高等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电动汽车充电机的面板控制系统，以解决现有控制面板系统的影响CPU性能、成本较高的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种用于电动汽车充电机的控制面板系统，包括：键盘设定模块、液晶显示模块、通信接口模块、以及控制器，其中，通信接口模块、液晶显示模块和键盘设定模块连接至控制器，通信接口模块连接至电动汽车充电机的网络系统。

可选的，在上述的控制面板系统中，控制器为芯片AT89C51。

可选的，在上述的控制面板系统中，控制器为芯片AT89S8253。

可选的，在上述的控制面板系统中，键盘输入模块为4行4列矩阵式非编码键盘。

可选的，在上述的控制面板系统中，液晶显示模块为VK65型液晶显示器。

可选的，在上述的控制面板系统中，通信接口模块为MAX485型收发器。

可选的，在上述的控制面板系统中，其与电源控制系统的功率变换主电路之间具有光电耦合器和继电器。

可选的，在上述的控制面板系统中，光电耦合器两侧具有大于5mm的电气间隙。

可选的，在上述的控制面板系统中，还包括连接至控制器的数据存储接口。

可选的，在上述的电动汽车充电机控制面板系统中，控制器与网络系统相接的配线为双绞线。

上述实施例的控制面板系统与充电机主控制器之间通过所述通信接口模块进行通讯，从而独立于充电机控制系统中的其他子系统，解决了现有控制面板系统的影响CPU性能、成本较高的问题，降低了成本、提高了可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的控制系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的硬件结构框图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的键盘扫描流程图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的显示界面。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的控制系统的示意图，包括：

控制面板系统110、电源控制系统120和上位机系统140以及网络系统150，其中，控制面板系统110、电源控制系统120和上位机系统140均连接到网络系统150。

该控制系统通过将各个子系统独立形成分布式系统结构，克服了传统控制系统各个子系统的单元化程度较低、界限不清晰的问题，从而降低了控制系统发生故障的几率。

可选的，在上述的控制系统中，电源控制系统的处理部分是DSP控制板。采用DSP控制板可以满足电源控制系统对于实时性和可靠性的较高要求。

可选的，在上述的控制系统中，电源控制系统包括远程通信部分和人机界面部分。这可以方便维护人员远程地操作电源控制系统。

可选的，在上述的控制系统中，控制面板系统的处理部分是MCU控制板。控制面板系统用于现场控制，其对于信息处理的要求不高，采用MCU控制板成本较低，而且性能满足要求，较适合本实施例。

可选的，在上述的控制系统中，上位机系统的处理部分是计算机主板。采用通用的计算机主板可以满足上位机系统对于远程通信控制的要求，而且降低了成本。

可选的，在上述的控制系统中，网络系统包括：第一串行总线，连接上位机以及电源控制系统；第二串行总线，连接电源控制系统以及控制面板系统。上位机、电源控制系统、控制面板系统之间通过双层总线连接，彼此分工明确，构成真正的分布式现场总线控制系统，提高了通信的可靠性，解决了现有技术中可靠性较低的问题。

可选的，在上述的网络系统中，第一串行总线是CAN总线，第二串行总线是RS-485总线。

目前现有的电动汽车充电机的网络系统，主要有RS-232、RS-485或其FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)调制解调传输方式等。RS-485采用平衡驱动及差分接收方式来驱动总线，实现工业网络的物理层连接，具有信号的抗干扰能力较强、结构简单、成本较低等优点，这种通信方式被广泛应用在仪表仪器、智能传感器、煤矿安全监控系统等领域。但RS-485总线存在自适应能力和自保护能力较弱等缺点。

在现场总线领域，CAN总线以其卓越的性能而在工业控制领域得到了广泛的应用。CAN总线是最早被ISO制定为国际标准的现场总线，相比于RS-485等串行网络系统，CAN总线具有较好的差错控制能力，可靠性高，高速率长距离的传输特性，完善的规范和协议等优点。另外，CAN总线是多主对等系统，传输采用非破坏总线仲裁技术，具有实时性强、通信硬件接口简单、通信介质选择灵活等特点，成为一种最有竞争力的现场总线之一，广泛应用于汽车、楼宇自动化和工业控制领域。

可选的，在上述的控制系统中，还包括：电池监控系统130，连接网络系统150。通过采用电池监控系统对蓄电池充电过程进行监控，可以及时掌握蓄电池的各项状态信息，在异常状态出现时及时发出报警信号或断开电路，防止意外事故的发生，实现了在充电过程中对蓄电池的有效监控。

可选的，在上述的控制系统中，电池监控系统的处理部分是MCU控制板。电池监控系统对于信息处理的要求不高，采用MCU控制板成本较低，而且性能满足要求，较适合本实施例。

可选的，在上述的控制系统中，电池监控系统连接到网络系统中的RS-485总线。采用RS-485总线进行通信使得信号的抗干扰能力较强，简化了系统的结构，降低了成本。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述实施例的控制系统实现了如下技术效果：

1、在使用了分布式控制系统以后，电源控制、电池监控、控制面板系统等子系统相互独立，通过通信协议进行各个子系统间的命令和数据交流，可以大大提高整个电源系统的灵活性。

2、使用分布式系统，并使用通信协议进行子系统间的控制，可以经受充电过程中的极大干扰考验。

3、由于使用了分布式控制系统，开放性大大提高。便于系统硬件的扩展和系统功能的增加，同时还提供了外界的调用接口。

4、在采用全过程数字处理后，有助于各种智能算法引入充电机系统，大大提高充电机系统的智能化水平。

5、采用实时多任务操作系统可以把充电过程的任务分解成多个进程，每个进程负责管理和实现一项功能，由操作系统统一调度，分配资源，协调各个任务的运行。某一个环节出问题不会导致整个系统的崩溃。而且系统中还可以有一个监控进程，将各个进程的运行情况报告给用户。采用多任务运行方式，某个进程出问题不会影响其它进程的运行，并且出问题的进程还可以通过其它进程予以修复，从而在软件的架构和设计上加以了保证。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的硬件结构框图，包括：

键盘设定模块220、LCD液晶显示模块230、通信接口模块240、以及控制器210，其中，通信接口模块、液晶显示模块和键盘设定模块连接至控制器，通信接口模块连接至电动汽车充电机的网络系统。

该控制面板系统与充电机主控制器之间通过所述通信接口模块进行通讯，从而独立于充电机控制系统中的其他子系统，解决了现有控制面板系统的影响CPU性能、成本较高的问题，降低了成本、提高了可靠性。

如图所示，本实用新型的控制面板系统是以控制器210如芯片AT89C51为核心，集键盘设定模块220、LCD液晶显示模块230、RS-485通信接口240为一体的面板控制系统。该面板控制系统通过RS-485通讯接口240与充电机的主控芯片250进行通讯，为充电机的现场充电提供操作控制。

可选的，控制器210优选采用ATMEL公司的AT89C51系列芯片AT 89C51AC3，它具有44脚封装，内有2kB的程序存储器，256B的数据存储器，3个16位定时/计数器(C/it)，1个标准串行通讯口，内部带有振荡器、上电复位和看门狗电路，5个I/O口，36根I/O线。特别是其内部有64kB的闪存，为程序开发提供了很大的方便。其体积小、功能强、价格低廉，有很高的性价比。当然，在其他实施例中，也可以选用ATMEL公司的控制芯片AT89S8253。

可选的，键盘设定模块220采用4行4列矩阵式非编码键盘，用于实现单片机应用系统中的数据和控制命令的输入，键盘输入的主要对象是各种按键或开关。这些按健或者开关可以独立使用，也可以组合成键阵使用。

可选的，LCD液晶显示模块230采用一款工业级LCD--VK65智能型液晶作为充电机控制面板系统的人机交互界面，它显示稳定可靠，抗强电磁干扰，可用于机电，冶金，船舶，航空，铁路，电力，通讯导航等领域的系统设备和智能仪表，也可用于高档民用电器。

该LCD液晶显示模块的主要特点是：带有国家二级汉字库，避免了烦琐的点阵操作，只需使用简单的命令就可显示出汉字、字符和一些规则图形。此款显示器可显示8种颜色，分别为：黑、兰、绿、青、红、粉、黄、白，只需用软件命令即可以选用不同的颜色作为字体颜色或背景颜色。VK65液晶显示器的命令字大致可分为下面四种类型：(1)光标控制类0x1b 0x1x参数；(2)功能设置类0x1b 0x2x参数；(3)点线类0x1b 0x3x参数；(4)图形操作类0x1b 0x4x参数。

可选的，RS-485通信接口240的接口芯片选用Maxim公司的MAX485，MAX485收发器采用平衡收发和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，通信距离可达到几十米到上千米。AT89S8253单片机与MC-51系列单片机的指令和管脚兼容。它可以通过引脚RXD(串行数据接收端)和引脚TXD(串行数据发送端)进行串行通信，有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H，可以同时发送、接收数据。

下面对本实用新型面板控制系统的软件系统进行说明。其包括主程序模块和若干个子程序模块，其中，主程序模块起到各子模块的协调功能，主程序支配各子程序模块的运作，将各个子程序模块按照一定的时序逻辑贯穿起来，完成整个软件的协调运作。其中，子模块包括键盘模块、液晶显示模块和通信模块。

下面对软件系统的各子模块进行描述。

其中，键盘模块定时扫描键盘线，判断是否有键被按下。如经软件去抖后确认有键被按下，则读取键值并做出相应处理。在本实用新型中共有8个I/O口作为按键接口。在这种情况下，只需改变键盘板的结构就可以实现多种按键组合，如8个按键每一个都占用一个I/O口，或2×6(＝12)个按键或3×5(＝15)个按键或4×4(＝16)个按键用不同的软件方式实现按键的读取，这样就为以后留有一定的功能扩展空间。

本实用新型中由于采用非编码式键盘，键的识别、按键的读数等均靠软件完成，故硬件较简单。图3示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的键盘扫描流程图。软件读取键盘采用的是定时扫描方法，其工作分为三个步骤：(1)单片机定时扫描监视键盘的状态，如果无键按下就返回。对应图3中的步骤S310、S312和S324；(2)如果有键按下，取键值，并进行软件延时反抖动处理。对应图3中的步骤S314、S316、S318和S320；(3)根据键值转向相应的按键处理服务子程序。

液晶显示模块在充电控制过程中的作用就是作为人机交互的窗口。它是充电机与人之间进行交流的最直观的载体。本实用新型中采用了菜单式分级页面，图4示出了根据本实用新型一个实施例的控制面板系统的显示界面，分为开机欢迎页面、主菜单页面(一级页面)、下拉菜单页面(二级页面)。

其中，在开机欢迎页面中，按任意键进入主菜单页面(一级页面)，即焊接方法选择页面。在主菜单页面(一级页面)，即充电方法选择页面中，可以用上、下光标键选择不同的充电方法项，将光标移动到某一充电方法处，按下确认键后，即选中了该充电方法，显示页面进入二级页面。在二级页面中，可以将上、下光标移动到相应的选项，当光标所在行背景颜色为黄色时，即为当前项，此时可以对该行的参数进行修改和设定。当同一行中有两个参数时，可以用左、右光标键选择，当前的可设定参数字体颜色为黑色。

通信模块--控制面板系统的控制芯片以充电机控制器DSP的已定模式为基准，串行接口采用工作方式1∶8位UART，波特率可变。在方式1状态下，串行口为8位异步通信接口。一帧信息为10位：1位起始位(0)，8位数据位(低位在先)和一位停止位(1)。这样的选择实现了通讯的帧格式的统一。另下位机与控制面板系统通过RS-485总线，以数据包的形式由唯一的地址标识，其数据包结构按照下表所示：

开始字节

地址字节

命令字节

数据

检验字节

结束字节

一个字节    一个字节    一个字节    三个字节    一个字节    一个字节

下面对本实用新型的面板控制系统的抗干扰措施进行描述。本实用新型的抗干扰措施包括软件抗干扰和硬件抗干扰。

其中，软件抗干扰采用了指令冗余技术、数据滤波技术、看门狗技术。

为防止控制状态失常，采用了指令冗余技术，对关键的判断条件，如开关量输出信号，进行多次采样确认；对关键的控制指令，如开关量输出信号等，采用多次重复执行的方法，以减小偶然因素对控制状态的干扰。在关键的程序指令处使用NOP指令。对于程序流向起决定作用的指令，如跳转指令、中断返回指令、子程序调用指令、子程序返回指令及某些对系统工作状态起重要作用的指令等，需要在这些指令后插入NOP语句，确保跳转后程序正确地返回压栈区。

数字滤波技术易于理解，其滤波过程是一个将采集到模拟信号离散化的过程，且对干扰有良好的抑制作用，滤波后平滑度高等特点，因此，成为在工业控制中是最常用的软件抗干扰措施之一。针对干扰可能会造成数据采集误差的情况，在进行采集时，对采集到的数据进行低通滤波。

看门狗技术即设置监视跟踪定时器，启用单片机提供的看门狗(WATCHDOG)功能，即程序每执行一定时间复位监视定时器，如遇到程序“跑飞”，则监视定时器溢出，系统自动复位。当然，这只是在非常情况下的一种补救措施。

其中，硬件抗干扰主要采用的是隔离技术，信号的隔离目的之一是从电路上把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。充电机本身就既是一个受扰源，又是一个噪声源，之所以说它是受扰源是因为它的单片机控制系统属于弱电控制部分，说它是干扰源是因为它的主电路部分属于强电控制部分，在弱电和强电之间采用一定的隔离措施，可以保证系统工作稳定。

在本设计中，可以采用光电隔离和继电器隔离双重保护措施。另外，在线路板布线时也采取一定的隔离措施。在光电耦合器的两侧留有约5mm的电气间隙，所有的布线都在这个间隙两侧完成，这样光电耦合器两侧就实现了真正意义上的电气隔离；同时，单片机控制面板系统与充电机控制器通讯相接的配线在尽量短的前提下，使用了双绞线，将充电机所可能对单片机控制系统造成的干扰减小到最小。

本实用新型所公开的充电机用控制面板系统具有以下优点：控制器实现对液晶显示模块的动态扫描和对键盘输入模块的检测，这种做法简化了主控芯片外围的复杂电路，在软件上也使充电机主控芯片程序编写简化，从而使得整个控制系统的可靠性提高、故障诊断容易。

容易理解，上述控制器、液晶显示模块以及通讯接口模块还可以是其他的型号或类型，只要它们能够完成相同的功能即可。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车充电机的控制面板系统，其特征在于，包括：

键盘设定模块、液晶显示模块、通信接口模块、以及控制器，其中，所述通信接口模块、所述液晶显示模块和所述键盘设定模块连接至所述控制器，所述通信接口模块连接至所述电动汽车充电机的网络系统。

2.根据权利要求1所述的控制面板系统，其特征在于，所述控制器为芯片AT89C51。

3.根据权利要求2所述的控制面板系统，其特征在于，所述控制器为芯片AT89S8253。

4.根据权利要求1所述的控制面板系统，其特征在于，所述键盘输入模块为4行4列矩阵式非编码键盘。

5.根据权利要求4所述的控制面板系统，其特征在于，所述液晶显示模块为VK65型液晶显示器。

6.根据权利要求1所述的控制面板系统，其特征在于，所述通信接口模块为MAX485型收发器。

7.根据权利要求1所述的控制面板系统，其特征在于，其与所述电源控制系统的功率变换主电路之间具有光电耦合器和继电器。

8.根据权利要求7所述的控制面板系统，其特征在于，所述光电耦合器两侧具有大于5mm的电气间隙。

9.根据权利要求1所述的控制面板系统，其特征在于，还包括连接至所述控制器的数据存储接口。

10.根据权利要求1所述的电动汽车充电机控制面板系统，其特征在于，所述控制器与所述网络系统相接的配线为双绞线。

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