CN216957111U - 一种刷卡发卡一体化的充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刷卡发卡一体化的充电装置，包括物联网模块、电量检测模块、继电器控制模块和电源模块，其中物联网模块由微控制单元模块、数据存储模块和刷卡模块组成，刷卡模块、电量检测模块、数据存储模块分别与微控制单元模块的接口电性连接，微控制单元模块采用724UG芯片，724UG芯片通过SPI接口与刷卡模块电连接，724UG芯片与电量检测模块通过串口连接，724UG芯片还与继电器模块通过接口电连接。724UG芯片通过4G CAT1模组与收费主站通信，通过刷卡板读取用户卡ID信息，通过串口与电量检测模块通信，读取用电信息，还通过继电器模块控制充电电路的断开和接通。

Description

一种刷卡发卡一体化的充电装置

技术领域

本实用新型涉及充电桩技术领域，具体为一种刷卡发卡一体化的充电装置。

背景技术

现有技术CN206292917U的用电交互终端可以通过上行通信模块与收费主站通信，还能通过下行通信模块与费控电能表通信，采集电能表的用电信息，读取用户卡的ID信息，根据收费主站的信息更改用户卡的金额信息，实现刷卡支付，还能读取用户卡的ID信息在收费主站的服务器内充值。但该技术仅应用于居民的电表抄送、充值、刷卡。

目前的充电桩支持刷卡充电，但卡需要单独的充值机进行充值，往往需要用户找到物业或者运营商，然后交钱再充值，非常不方便。若将现有的用电交互终端嫁接到充电桩上，只能实现刷卡、充值、发卡功能，无法用该终端控制充电桩通电和断电，实现充电授权功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种刷卡发卡一体化的充电装置，将刷卡、发卡、卡充值一体化到充电桩设备，不仅不需要运营商新购置充值机，用户可以更方便的自助充值，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种刷卡发卡一体化的充电装置，包括物联网模块、电量检测模块、继电器控制模块和电源模块，其中物联网模块由微控制单元模块、数据存储模块和刷卡模块组成，刷卡模块、电量检测模块、数据存储模块分别与微控制单元模块的接口电性连接，微控制单元模块采用724UG芯片，724UG芯片通过SPI接口与刷卡模块电连接，724UG芯片与电量检测模块通过串口连接，724UG芯片还与继电器模块通过接口电连接；

电源模块电性连接至物联网模块、电量检测模块、继电器模块，用于为上述模块供电；

电量检测模块包括信号采样电路和信号处理电路，所述信号采样电路与信号处理电路电性连接，电量检测模块输出用电器插入插座后的用电情况；

继电器模块包括继电器控制芯片、继电器线圈、继电器触点，继电器控制芯片与微控制单元模块、继电器线圈电性连接，继电器触点的一端与插头z火线端电连接，继电器的触点的另一端电连接火线L。

优选的，所述刷卡模块包括FM17520芯片、天线电路、晶振电路，FM17520芯片的2～9接口电连接724UG芯片的SPI接口，FM17520芯片还与天线、晶振分别电连接。

优选的，FM17520芯片的2～9接口通过接口转换模块电连接724UG芯片的SPI接口，FM17520芯片的2～6、9接口还各通过一个电阻连接到3.3v电源。

优选的，所述724UG芯片具有4G CAT1模组，4GCAT1模组的UART接口通过转换芯片与电脑连接，转换芯片包括RXD脚、TXD脚、LED/P1脚和LED/P2脚，RXD脚和TXD脚与UART接口连接，UART接口和转换芯片均接入3.3V电压。

优选的，所述信号处理电路采用CS5463芯片为中心的集成电路。

优选的，所述数据存储模块包括数据存储器，所述数据存储器设置为低功耗的AT24C64芯片，所述AT24C64芯片包含8192*8位存储空间。

优选的，所述CS5463芯片的脉冲串行接口与微控制单元模块之间通过6N137高速光耦电气隔离。

优选的，所述继电器控制芯片采用MSP430OF R5736芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种刷卡发卡一体化的充电装置，

724UG芯片通过4G CAT1模组与收费主站通信，通过刷卡板读取用户卡ID信息，通过串口与电量检测模块通信，读取用电信息，还通过继电器模块控制充电电路的断开和接通。能根据收费主站的信息更改用户卡的金额信息，实现刷卡支付，还能读取用户卡的ID信息在收费主站的服务器内充值。还能控制充电桩通电和断电，实现充电授权功能。

附图说明

图1为724UG芯片作为交互终端的系统框图；

图2为本实用新型的系统框图；

图3为本实用新型的刷卡板的电路示意图；

图4为刷卡板的2～9接口通过转换接口模块连接724UG芯片的接口示意图；

图5为724UG芯片的电路图；

图6为转换芯片电路图；

图7为CS5463芯片的原理框图；

图8为6N137高速光耦的电路图；

图9为6N137高速光耦的原理图；

图10为继电器模块的触点及线圈的电路图；

图11为MSP430OF R5736芯片的电路图；

图12为本实用新型的物联网插座提供5V直流电源的供电电路图；

图13为本实用新型的物联网插座提供3.3V直流电源的供电电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了如图1和图2所示的一种刷卡发卡一体化的充电装置，包括物联网模块、电量检测模块、继电器控制模块和电源模块，其中物联网模块由微控制单元模块、数据存储模块和刷卡板组成，刷卡板、电量检测模块、数据存储模块分别与微控制单元模块的接口电性连接。

微控制单元模块采用724UG芯片，如图2～图3，724UG芯片通过SPI接口(52～57接口)与刷卡板FM17520的2～9接口相连，724UG芯片的第27、28引脚连接电量检测模块的串口，724UG芯片的第6、7引脚还连接继电器模块。

724UG芯片本身具备4G CAT1模组能具有4G和CAT1的通讯能力，而且也具备开放的编程能力。4G CAT1模组采用低复杂性、低功耗、低成本的双向无线通讯技术，实现物联网插座的无线通讯，方便网络管理，支持计算机、手机等遥控设备实现信息交流，4GCAT1模组包含UART、GPIO等功能的标准接口，并设计了命令行配置接口。

刷卡板采用FM17520芯片，FM17520是一款高度集成的工作在13.56MHz下的非接触读写器芯片，支持符合ISO/IEC 14443 TypeA协议的非接触读写器模式，读写器操作距离可达50mm，支持SPI串行接口，最高10Mbps，Host接口独立电源供电，具有低电压、低功耗、驱动能力强的特点，如图3，FM17520的TX1和VMID接口之间依次串联了电感L2、电容C23、电阻R13、天线T1、天线T2、电阻R11、电容C26、电阻R8、电阻R6，FM17520的VMID接口和电阻R6之间的节点还通过电容C15接地，电阻R6和电阻R8之间的节点还连接到FM17520的RX接口，电阻R8和电容C26之间的节点与FM17520的TX2接口之间依次串联了电容C17、电感L1，电阻R11和电容C26之间的节点与电感L1和电容C17之间的节点之间串联电容C22，天线T1和天线T2之间的节点与FM17520的GND接口之间串联了电阻R12，FM17520的GND接口和电阻R12之间的节点分别通过电容C19、电容C18连接到电感L2和电容C23之间的节点、电感L1和电容C22之间的节点，电容C23和电阻R13之间的节点和FM17520的GND接口之间并联这电容C25和电容C28，电容C22和电阻R11之间的节点和FM17520的GND接口之间并联这电容C24和电容C27。FM17520的TVDD接口并联着3.3V电源、电容C12、电容C14、电阻R14，电容C12和电容C14的另一端接地，电阻R14的另一端连接FM17520的PVDD2接口，FM17520的VMD接口通过电容C16接地，FM17520的2、3接口还通过电容C11、电容C13接地，FM17520的4、5接口还接地。FM17520的21、22接口之间串联晶振X1，FM17520的21、22接口还通过电容C21、电容20接地，晶振X1为FM17520提供高精度的时钟。

如图4优选的，724UG芯片通过SPI接口(52～57接口)与刷卡板FM17520(P3)的2～9接口之间通过接口转换模块P1电连接。刷卡板FM17520的2～6、9接口还各通过一个电阻连接到3.3v电源。数据存储模块包括数据存储器，数据存储器设置为低功耗的AT24C64芯片，AT24C64芯片包含8192*8位存储空间，由于物联网插座在运行时，需要实时对物联网插座上的电器耗电量进行采集，主要采集电流、电压以及采集数据的时间等，这些数据的采集需要较大的存储空间，为保证断电时相关数据不丢失，因此设计本地数据存储模块，其能够工作在3.3V电压下，具有读写速度快、易于集成的优点。在实际使用时，使AT24C64芯片的引脚A0-A2接地，以实现数据的双向传输。

如图6所示，由于4GCAT1模组的UART与电脑相连时，需要通过转换芯片对电平转换。4GCAT1模组的UART接口(图5的36～35引脚)通过转换芯片与电脑连接，转换芯片包括RXD脚、TXD脚、LED/P1脚和LED/P2脚，RXD脚和TXD脚与UART接口连接，UART接口和转换芯片均接入3.3V电压。

电量检测模块实时监测电器的用电参数，该模块中包含信号采样电路、信号处理电路，信号采样电路与信号处理电路电性连接，信号采样电路采集电压电流信号，并经过电阻和电容构成的低通滤波器后送入信号处理电路的电压输入通道和电流输入通道，便于用户了解电器在插座上的运行情况，分析电器的负荷、运行功率和用电量，供用户参考；信号处理电路包括CS5463芯片，CS5463通过测量电压和电流计算出有功功率，CS5463芯片的脉冲串行接口与微控制单元模块之间通过6N137高速光耦电气隔离。CS5463芯片中包含两个模数转换器和一个串行接口。串行接口能够直接与724UG芯片双向通信，并能够进行片上系统校准，同时具有电压下降检测、相位补偿功能。为了保证CS5463与724UG芯片之间的通信质量，选用高速光耦对电气隔离，选用6N137高速光耦，其最大通信速率可达10Mbps。

CS5463的内部结构框图如图7所示，它由2个可编程增益放大器PGA、2个△-Σ调制器、配套的高速滤波器HPF、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、申行接口及相应功能寄存器等组成。2个可编程放大器采集电压和电流数据，△-Σ调制器对模拟量采样处理，高速数字低通或可选的高通滤波器滤取可用电压电流数字信号，功率计算引擎计算各类型的功率，电压、电流，并将计算的功率值通过串行接口对外输出，既可以接EEPROM，也可以接微控制器。该电路还有能量脉冲信号输出模块，可以直接外接计数器或步进电机，从而省去微控制器而直接外送用电量，降低电表类产品的成本。

CS5463的原理：电压(VIN+，VIN-)和电流(IN+，IN-)通道的输入模拟信号送入可编程PGA进行增益放大，放大后由△-Σ调制器以一定的采样速度采样，采样的结果再进行高速数字滤波，得到符合要求的数字信号。电压输入通道(VIN+，VIN-)采用二阶△-Σ调制器，高速滤波器HPF由一个固定的Sinc2滤波器实现；电流通道(IN+，IN-)采用四阶△-Σ调制器，并用一个Sinc4滤波器实现，与电压通道的范围相比，可以在输入跨度更大的情况下实现电流通道的精确测量。2个通道的数据接着通过2个FIR补偿滤波器来补偿通过低通滤波器后产生的幅值损耗。另外，2个通道都提供了一个可选的高通滤波器(HPF)，它可以在有效值、电能计算之前除去电压和电流信号中的直流成分。

6N137引脚图和内部结构图如图8和图9所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端7，当使能端7为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端7为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。

继电器模块包括继电器控制芯片和继电器，如图10继电器控制芯片采用MSP430OFR5736芯片，MSP430OF R5736芯片的6、8引脚分别与724UG芯片的6、7引脚电连接，如图10所示MSP430OF R5736芯片的输出端还电连接继电器的线圈HF115FK 005H3T，如图1继电器的触点(JQ)的一端与插头z火线端电连接，继电器的触点的另一端电连接火线L，MSP430OFR5736芯片该芯片为16位的混合信号处理器，具有多种低功耗模式、及时环形以及定时功能，实现真正的超低功耗优化。同时，其具有4种时钟模型、5种时钟信号，能够根据实际需要灵活选择时钟源；

如图12～图13，电源模块将220交流电源转化为5V与3.3V的直流电源，电源模块电性连接至物联网模块、电量检测模块、继电器模块，用于为上述模块供电。

电量检测模块实时监测电器的用电参数、通过数据存储模块存储物联网插座上的电器耗电量、通过微控制单元控制各个功能模块。

利用继电器(参考图1)开关插座z内的电流来控制插座内的电器，电量检测模块实时监控电压、电流、功率等多种电气参数，便于用户了解电器在插座上的运行情况，分析电器的负荷、运行功率和用电量，供用户参考。

724UG芯片通过4G CAT1模组与收费主站通信，通过刷卡板读取用户卡ID信息，通过串口与电量检测模块通信，读取用电信息，还通过继电器模块控制充电电路的断开和接通。能根据收费主站的信息更改用户卡的金额信息，实现刷卡支付，还能读取用户卡的ID信息在收费主站的服务器内充值。还能控制充电桩通电和断电，实现充电授权功能。

发卡实施流程如下：

设备运营商在设备管理后台，选择设备，配置为发卡模式，并配置密码、发卡初始金额，后台通过网络下发消息到设备，设备工作模式切到发卡模式，用户使用M1的白卡，直接在刷卡器上刷卡，设备会直接把感应的卡写入新的金额，配置卡的密码，设备会报告发卡成功，并上报信息到服务器。

用户刷卡使用流程如下：

用户将卡靠近刷卡器感应区。刷卡器通过密码鉴权，并读出卡的金额。设备MCU控制器根据扣费配置，直接扣费后，然后将新的金额发送给刷卡器。刷卡器将新的数据写入卡内。

用户卡充值使用流程如下：

用户在手机后台，通过输入卡上的卡号，绑定属于自己的卡。用户对这张卡直接在手机后台进行充值，设备管理后台会记录充值的订单。用户将卡靠在刷卡器感应区。设备将卡号上报到服务器，服务器会检查是否有充值订单。并将充值订单下发到设备。设备根据下发的充值订单，直接将充值金额加到卡上。刷卡器会写入新的金额，并报告充值成功。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种刷卡发卡一体化的充电装置，包括物联网模块、电量检测模块、继电器控制模块和电源模块，其特征在于，所述物联网模块由微控制单元模块、数据存储模块和刷卡模块组成，刷卡模块、电量检测模块、数据存储模块分别与微控制单元模块的接口电性连接，微控制单元模块采用724UG芯片，724UG芯片通过SPI接口与刷卡模块电连接，724UG芯片与电量检测模块通过串口连接，724UG芯片还与继电器模块通过接口电连接；

电源模块电性连接至物联网模块、电量检测模块、继电器模块，用于为上述模块供电；

电量检测模块包括信号采样电路和信号处理电路，所述信号采样电路与信号处理电路电性连接，电量检测模块输出用电器插入插座后的用电情况；

继电器模块包括继电器控制芯片、继电器线圈、继电器触点，继电器控制芯片与微控制单元模块、继电器线圈电性连接，继电器触点的一端与插头z火线端电连接，继电器的触点的另一端电连接火线L。

2.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述刷卡模块包括FM17520芯片、天线电路、晶振电路，FM17520芯片的2~9接口电连接724UG芯片的SPI接口，FM17520芯片还与天线电路、晶振电路分别电连接。

3.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，FM17520芯片的2~9接口通过接口转换模块电连接724UG芯片的SPI接口，FM17520芯片的2~6、9接口还各通过一个电阻连接到3.3v电源。

4.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述724UG芯片具有4G CAT1模组，4GCAT1模组的UAＲT接口通过转换芯片与电脑连接，转换芯片包括RXD脚、TXD脚、LED/P1脚和LED/P2脚，RXD脚和TXD脚与UART接口连接，UART接口和转换芯片均接入3.3V电压。

5.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述信号处理电路采用CS5463芯片为中心的集成电路。

6.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述数据存储模块包括数据存储器，所述数据存储器设置为低功耗的AT24C64芯片，所述AT24C64芯片包含8192*8位存储空间。

7.据权利要求5所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述CS5463芯片的脉冲串行接口与微控制单元模块之间通过6N137 高速光耦电气隔离。

8.根据权利要求1所述的刷卡发卡一体化的充电装置，其特征在于，所述继电器控制芯片采用MSP430OF R5736芯片。

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