電動汽車共享充電樁初探

盛凌偉，翟娟，彭泉，楊沁昕，章伯兆

（揚州大學廣陵學院，江蘇 揚州 225009）

0 引言

近年來，由于溫室效應的不斷加劇，降低碳排放已成為各國發展的重要任務，作為降低碳排放[1]重要工具的電動汽車再一次收到了重視，在我國，十二五規劃中[2]，更是把電動汽車產業作為重點扶持的產業。而本智能共享充電樁以單片機為核心，充分提供了安全、有效的充電方式。其由4大部分構成[3]，主體部分主要由總控模塊構成，總控模塊主要進行信息處理[4]，信息發接收等工作。總的來說，加入單片機的充電樁可以面向更多的場所，不僅是在充電站，還可以放置在街頭、小區等各個地方，在提供安全充電的同時，更方便了車主自由充電的需求，因此，關于單片機為核心的智能充電樁的研究非常具有意義。

1 系統的設計方案

目前，市面上的充電樁以IC卡刷卡充電為主，雖然使用充電樁能夠較為安全的給電動汽車充電，但是其不能自由控制充電時間的弊端仍威脅著電池的安全。但本設計以單片機為核心，可以通過其內部定時器設置時間，通過繼電器斷開電源，使用戶根據自己的電池電量自主的設定充電時間，既能避免過充問題，又可以節約時間，保護電池。

以單片機為核心的智能充電樁具有很強的靈活性，在定時斷電的基礎上可以加上其他模塊，比如電流檢測模塊，電壓檢測模塊，溫度、濕度傳感器，通過各個傳感器時時刻刻監測著電池的充電狀態，以保證每一塊電池的安全充電。

2 系統硬件設計

目前市面上對電動汽車進行充電的方式大多采用變壓器加輸電線的組合，用戶一端連接家用電源或者專用電源[5]，通過變壓器將電壓降低至合適的電壓值再對電動汽車進行充電，這樣的充電方式既沒有電流電壓的檢測與保護[6]，也沒有對充電的時間進行限制，很容易出現電壓異常或者過充的情況，對生命財產安全造成嚴重的威脅，即便是一些專業的充電樁也缺少上述的兩種保護[7]，嚴重威脅的用戶的安全。

為了解決電壓異常造成的危險情況，設計通過使用電壓檢測模塊和ADC0832模/數轉換芯片的組合，對充電電源的電壓值進行監測并輸出模擬量至ADC0832芯片，模/數轉換后，將得到的數字量與系統的設置值進行對比，若高于設定值則關斷繼電器停止充電以達到安全保護。

設計通過使用單片機內部的定時器實現對時間的計時控制，用戶將時間設置完成后，單片機的定時器會每1ms差生一個時鐘脈沖信號，通過對脈沖信號的計數完成精確的計時，計時完成時，單片機發送高電平信號給繼電器，繼電器斷開完成充電。

圖1 硬件結構框圖

3 系統軟件設計

硬件系統和軟件系統的二者協同合作才能確保智能充電樁良好運行。智能充電樁軟件系統主要包含主控模塊、安全模塊及電氣設計，其中主控模塊作為控制一切的樞紐，其不但能夠對充電樁進行實時監測，還能通過保護程序對充電模塊進行保護，以免電壓、電流過高而出現各種問題。

在系統出現異常或者不穩定的情況下，主控模塊能夠及時斷開電源，防止安全事故發生的同時保護電動汽車電池。安全模塊除了接收和執行主控模塊的安全檢測命令外，還有著密鑰保護、數據加密和數據解密等功能，從而防止黑客入侵，保障信息安全和交易安全。

設計軟件構架，首先開始執行主程序，計時器初始化，LCD1602初始化，屏幕顯示歡迎界面，2秒后自動切換為設定時間畫面。設置時間時，小時最大可設置為99小時[8]，分鐘最大為59分鐘，秒鐘最大也為59秒，倘若分鐘或者秒鐘大于59[9]，則不能設置[10]。按下開始按鍵后，計時器開始計時，若按下緊急停止按鈕，顯示屏畫面切換為警告界面，繼電器斷開；若手機app發送控制命令，顯示屏畫面切換至藍牙控制畫面，繼電器由藍牙控制；電源電壓異常，繼電器斷開，以上情況均未發生時，計時時間到，繼電器斷開，顯示器顯示工作完成畫面。

4 系統監測與分析

實物測試的主要內容包括顯示器的顯示質量、藍牙連接效果、繼電器時間控制功能、藍牙遠程控制功能以及電壓檢測功能。LCD1602的顯示效果由電位器控制，如果屏幕文字顯示不清楚，則可以減小電位器的阻值來增強顯示效果，相反，如果對比度過大，則可以減小阻值來減弱效果，因此用戶可以通過改變電位器的阻值來達到自己想要的畫面顯示效果。

圖2 顯示效果1

圖3 顯示效果2

圖4 顯示效果3

5 結論

本次研究設計的智能充電樁實物主要設計目的是為了實現計時斷電和手動遠程斷電兩個功能，計時斷電是用單片機內部的定時器，通過累計每1MS產生的脈沖信號進行計時，從而進行精準計時，當計時達到設定值時，單片機執行停止程序，I/O口向繼電器發送指令，繼電器停止工作。除此之外，此次設計添加了緊急停止按鍵，用來緊急斷電，當出現了一些緊急狀況或突發情形時，可以方便周圍的人群緊急斷開充電電源，以保護用電器、設備以及設備周圍人、物的安全。當緊急按鍵被按下時，設備會發出2秒鐘的蜂鳴報警，安全接觸時可以通過清除按鍵再次回到設定時間狀態再次使用設備。