基于嵌入式Linux的电动汽车交流充电桩的设计

张 琳 任鸿秋 苏 新

（1.太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024; 2.华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003）

随着我国电动汽车产业不断的发展，人们也逐渐关注与其相配套的充电设施产业。如果能设计很好的辅助充电设施，那么电动汽车就可以实现规模化发展。通过在各个场所安装大量的充电桩，就可以更安全和方便地为电动汽车充电。为了使充电桩的应用及管理智能化，本文设计了一种实用的电动汽车交流充电桩的设计方案，详细阐述了其软硬件实现流程。

1 电动汽车交流充电桩的功能需求分析

电动汽车交流充电桩是实现对电动汽车充电与控制的设施，设计时应保证充电桩与顾客之间可靠、方便的进行交互。同时，充电桩负责将充电过程中的数据实时的发送到后台监控系统，以便充电站管理人员准确了解到充电信息，从而实现对充电的远程监控与控制。

电动汽车交流充电桩具有以下功能：

1）运行可靠

充电桩可靠运行是必须首先满足的功能，在充电桩运行过程中，局部故障不能影响整个系统的正常工作；充电桩设备采用模块化结构，便于故障排除和替换；充电桩具备处理同时发生的多个事件的能力；充电桩具备防雷和抗强电磁干扰能力。

2）数据安全

充电桩应实行操作权限管理，按工作性质对每个操作人员赋予不同权限，系统登录、操作进行权限查验；充电桩所有重要操作，如登录、控制、退出等，均有操作记录，系统可对操作记录进行查询和统计，所有操作记录具有不可删除和不可更改性；网络安全保护，保证系统数据和信息不被窃取和破坏；充电桩保存的重要数据，具有不可删除和不可更改性。充电桩具有自诊断功能，对设备、网络和软件运行进行在线诊断，发现故障，能显示告警信息；自动生成系统运行日志，可查询及以报表方式打印输出。

3）直观清晰的人机交互界面

充电桩应具备直观清晰的操作界面，方便用户进行充电操作。充电桩采用全中文图形化界面；提供对系统操作的在线中文帮助，用户根据帮助指示就可以实现自助充电；充电桩可以显示运行工况的图形画面和曲线图。

4）历史数据查询

用户可以在充电桩上查询到历史充电数据，包括充电时间、地点以及充电电量等信息。充电桩支持以曲线的形式显示历史充电数据。

5）打印数据

充电桩安装嵌入式打印机，可以打印充电报表；系统可提供操作记录事项打印，可实时或召唤打印系统事项记录。

6）计量计费

充电桩可以根据从电能表上提取的电量信息计算出用户充电消费的金额。充电桩采用复费率电能表，并根据国家费率电价规定，计算出总费用，同时还将数据进行保存备份，并发送到后台进行实习监控。

7）系统对时。

充电桩可以接受GPS 同步时钟对时，保证系统时间的一致性。

2 交流充电桩硬件构成

要想实现以上的功能，电动汽车交流充电桩必须有完备的硬件条件作为支撑。该充电桩的控制部分选用EP9315 嵌入式ARM 开发板，该开发板性能稳定，上面提供多种数据接口，有利于电路简化，实现复杂的控制功能。触摸屏采用AT070TN83，打印机采用WH-C2 嵌入式打印机，读卡器型号是RDM-ΙB-MEM- N，电能表使用的DDZY522 单相费控智能电能表。同时，在硬件里还包括两个控制从板，上面连接有继电器，用于控制充电的启停和夜间照明灯以及充电枪安全门。硬件电路在设计时充分考虑实现简单，解约成本，而且必须保证充电桩整体性能的稳定。

3 控制软件设计

电动汽车交流充电桩的控制软件采用嵌入式图形界面开发工具Q 进行开发的，QT 是一个全面的C++应用程序开发框架，其核心代码都是用C++语言写的，QT 的开发也是需要用到C++。QT 包含一个类库和用于跨平台开发及国际化的工具。

图1 充电桩系统硬件结构框图

系统首先需要设计人机交互界面的开发流程，流程图如图2所示。

图2 人机交互界面的开发流程

主函数的编写是控制程序的关键部分，主函数是运行应用程序的一个入口点，是对主窗口的设置和整体程序的管理。

最后的实验结果如图3所示。

图3 充电桩界面的显示结果

4 结论

本文首先提出了电动汽车交流充电桩的功能需求，根据功能需求设计了充电桩硬件配置，画了完整的硬件连接图，最后设计了充电桩终端主界面程序，通过对程序的反复调试，证明该程序可实现在Linux 系统上对多功能电能表的数据采集并为顾客提供直观的数据显示，为后续的电动汽车交流充电桩的设计与研制奠定了基础。

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