IC卡技术在12路电动车充电器上的应用

郑伟雄+朱庆全

摘 要：IC（集成电路）卡技术在电动车充电器中的应用，对实现电动车快速智能充电有着重要的意义。文章概述了IC卡技术及其工作原理、优点，在此基础上，以MAX集成电路芯片为例，设计了智能快速充电器，并对IC卡自主充电消费管理系统进行了简要分析。

关键词：IC技术；电动车；充电器

IC（集成电路）卡也称为微芯片卡、智能卡，其携带便捷、使用简单，在现代交通中有着广泛的应用。近年来，随着节能环保观念的深入人心，具有清洁、环保、便捷等多个优点的电动自行车得到了快速的发展，在人们日常生活中的应用越来越广泛，日益增长的电动自行车除了正常的充电需求外，在快速补充电能方面也产生了新的需求，基于IC技术的快速智能充电系统成为领域内研究的热点。

1 IC卡技术概述

IC（Integrated Circuit）即是集成电路，为半导体元件产品的总称，是一种采用一定工艺，将电路所需元件及布线互连在一起的具有所需电路功能的微型结构，具有体积小、重量轻、可靠性高、引出线和焊接点少等多个优点。IC卡也即是集成电路卡，是一个嵌置有一个或多个集成电路的卡片，在实际应用中，射频读写器向IC卡发送一组固定频率的电磁波，卡内频率与读写器发射频率相同的LC串联谐振电路可在电磁波激励下产生共振，使电容内有电荷，电容另一端的电子泵可将电荷送到另一个电容内存储，积累至2V时，存储电荷的电容作为电源为其他电路提供工作电压，完成IC卡与读写器数据的交换。IC卡具有携带方便、可存储处理信息、存储量大等优点，同时IC卡上存储的信息需在输入正确密码时才能读取、显示，信息安全保密性较好，并具有数据处理的能力，与读卡器交换数据时会对数据进行加密、解密处理，提高数据准确性，现阶段，在公共交通、银行、通讯、公共事业收费等多个行业内有着广泛的应用。

2 基于集成电路MAX713的12路电动车充电器系统

随着电动车在人们日常生活中的广泛应用，如何快速补充电能也成为领域内研究的重点，MAX713是MAXIM公司生产的快速集成电路充电芯片，可对1～16只串联电池快速充电，本文即以该集成电路芯片为例，探讨其在电动车充电器中的应用。

2.1 MAX713功能特性

MAX713可满足1～16节电池的充电需要，其功率控制模式有线性模式或开关模式，线性模式中在充电的同时可给电池负荷供电；在监测到DV/DT变为负时可种植快速充电模式，可根据电压梯度、温度或时间截止快速充电；快速充电结束后可自动冲快速充电到涓流充电，不充电时对蓄电池的漏电流小，最大仅为5mA。

2.2 系统设计

2.2.1 硬件设计

在系统硬件设计中，主要需要确定快速充电终止监测方法、快速充电速率和电流、外接直流电源电压值、和最坏条件下MOS功耗、集成电路芯片内稳压源限流电阻值和充电基准电阻阻值。根据实际需求，快速充电电流以电池容量÷充电时间计算得出；外接直流电源电压值至少要高于电池组最高电压1V；最坏条件下MOS管功耗以外接电源最高电压与最低电池电压的差值乘以充电电流计算得出；芯片内限流电阻以外界电源最低点电压与芯片内部稳压源电压的差值除以5mA计算。

2.2.2 主电路设计

主电路采用移相宽调制控制电路，使用美国Unitrode公司生产的移相式开关专用集成芯片，控制电路如图1所示。

UC3875的零电压开关的延迟时间由延迟设定端子的R8和C7和R9，C8确定，分别确定OUT-A与OUT-B以及OUT-C与OUT-D的死区时间。正常情况下，开关电源应工作在额定输出功率范围之内，避免电源工作超出正常输出状态，但由于在实际工作中难以预测，因此，将高频电压器输出的电流经电流互感器B耦合输出，再经D1和D2整流，C3和E1滤波及W1，R5和R6分压后，送至UC3875的电流控制端，与比较器同相端电压比较，输出电压高于2.5V时，UC3875过流保护电路起作用，电路功率输出设定为0～240W，超出时自动断开。

2.3 工作原理

在12路电动车充电器系统中，各路充电电压电流的监测、充放电的自动切换和显示等智能控制均由单片机实现，其工作原理如下图2所示，在系统工作中，电池充电电压经A/D转换器后，由单片机控制继电器进行充放电切换，和按键、数字等面板的显示。

图2 单片机控制电路原理图

单片机的I/O口是系统设计中的重点，在选择智能显示器驱动芯片时，应以减少对I/O口资源的占有量为原则，考虑技术、质量、系统日后的升级、生产成本等因素，选择最为合适的芯片。

2.4 工作流程

在系统运行中，消费者刷IC卡后，系统初始化，对12路电压、电流值进行巡查，并分别存入相应的内存单元；按下路号键，路号加一，显示该路的电压值；按下电压电流切换按键时可显示该路的电流值，消费者可选择一路有电，进行充电。对于使用镍镉电池的电动车，由于镍镉电池具有“记忆效应”，在充电前，若没有将电池内的电量放尽，可引起电池容量降低，因此充电前应对电池进行放电，在本系统中，系统对12路电压、电流值进行巡查后按下放电按键，继电器动作切换至放电状态。各路电压比较器输出后，继电器动作可切换回充电状态，进行充电。IC卡读写程序部分如下：

uint DuKaShiJin=0； //读卡时间超时计数器MS级

uchar KaBiaoZhi； //卡标致位，KaBiaoZhi=1为有效卡，KaBiaoZhi=0时为无效卡

uchar YongHuZhengHao[8]；//用户账号

//uchar MiYue[]={0x00，0X11，0X22，0X33，0X44，0X55}；//卡对应扇区密码

uchar MiYue[]={0xff，0Xff，0Xff，0Xff，0Xff，0Xff}；//卡对应扇区密码

xdata uchar pmnt1[101]；

uchar ruin1=0，cpuin1=0；

static xdata uchar qXuLieHao[4]；

xdata uchar ShuZiBiao[]="0123456789"； //数字表

typedef union JSDATA

{

uchar JiShouHC[11]；

}JSDATA；

const uchar kst[]={1，2，3，4，5，6，7，8，9}；

void USART1_TXD_SODATA（uchar *pt，uint len）

{

uint i；

EA=0； //关总中断

for（i=0；i

{

SBUF=*（pt+i）；

while（！TI）；

TI=0；

}

EA=1； //开总中断

}

/**************复位读卡模块*******************/

void MoKuaiReset（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x01，0x2D，0x2C}；

USART1_TXD_SODATA（MLing，5）；

}

/****************寻所有卡*********************/

void XunKa（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x02，0x31，0x52，0x61}；

EA=0；

USART1_TXD_SODATA（MLing，6）；

EA=1；

}

3 IC卡自助充电消费管理系统

3.1 需求分析

从电动汽车的自动快速充电方案来看，目前国内用于实现快速充电结算的方式主要有投币、插卡和插卡三种，投币式充电不仅需要定期回收硬币，增加人工成本，同时自动充电机无人值守，安全性较差；由于充电需要一定的时间，用户可能不在充电机附近，采用插卡式充电可增加不安全感；刷卡式充电只需将IC卡在感应区刷一下即可充电，操作简单方便、安全性高，可为消费者提供极大的便捷。基于此，在电动自行车自动快速充电中，选择使用刷卡式充电。

3.2 系统结构

在IC卡自主充电消费管理系统中，主要包括控制主机、IC卡、读写机、收费机、打印机、网卡、消费管理软件等，其中收费机为系统中最为关键的设备，主要用于感应接受IC卡发送的数字信号。在使用过程中，IC卡在收费机感应区刷卡后，IC卡芯片中的基本信息可存储到收费机中，并通过与计算机的连接，将卡号、消费金额等信息传送到计算机汇总进行储存，通过计算机实现对IC卡用户消费、充值等的管理。在选择硬件及设计硬件系统时，须在保证充电机整体性能稳定的前提下，考虑到简单性和成本。

在系统中硬件实现的关键为IC卡技术，IC卡均有发卡中心发行，具有可充值的功能。IC卡的核心是集成电路芯片，其关键技术有电擦除式可编程只读存储器技术（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）、加密技术及ISO标准化技术等，EEPROM技术是IC卡技术的核心，该技术使晶体管密度增大，改善了性能，增加了容量，达到在同样面积上存储更大数据量的目的；RFID技术是一种利用电磁波进行信号传输的识别方法，被识别的物体本身应具有电磁波的接收和发送装置，射频识别IC卡是一种使用电磁波和非触点来与终端通信的 IC卡，使用此卡时，不需要把卡片插入到特定读写器插槽之中，只需要将卡片主动靠近读卡器读卡区内，读取卡上信息后即可完成交易；IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技术，不仅可以验证信息的正确性，同时还能检查通信双方身份的合法性，从而保证信息传送的安全性；IC卡接口电路是IC卡与IFD内的CPU进行通信的唯一通道，其产生的电信号必须满足严格的时序要求，以保证通信和数据交换的安全与可靠。

3.3 功能模块设置

管理系统主要包括磁卡信息管理、充电机信息管理、管理身份验证、信息查询、磁卡消费管理和帮助信息等几个功能模块，用于实现基本信息管理、信息安全保护、历史数据查询、计量收费及打印数据、系统对时等功能，结构如下图3。

图3 IC卡自助充电消费管理系统功能模块

系统磁卡信息管理模块和充电机信息管理模块主要用于对基本信息的管理，包括磁卡编号、磁卡用户基本信息、充电机基本信息等；管理身份验证是对充电机管理进行权限限制，不同的管理人员有不同的权限，以保证数据安全性；用户可通过信息查询模块对充电时间、地点、充电量等历史重现数据进行查询；充电机同时配备有嵌入式打印机，用户消费后通过选择打印选项，将本次消费记录打印下来；计量收费模块主要对本次充电消费进行计费，按照国家费率电价规定，计算出总费用，同时将消费者本次消费的相关数据发送到后台数据库中进行保存备份。

3.4 软件设计与实现

主程序设计部分如下：

/*

#include"EC0608RT.H"

Void begin（void）

{

If（LD_X0）}{RST_Y7；RST_Y4；MW[0]=0；MW[3]=0；}//请插卡

else

{

SET_Y7；

MW[3]=I2C（）；

If（MW[3]&0×8000）

{

RST_Y4；

MW[0]=1；//无效卡

}

else

{

If（MW[3]=0）

{

RST_Y4

MW[0]=2；//金额不足

}

else

{

SET_Y4；

MW[0]=3；//供电中

}

}

}

MW[4]=MADC[0]；

MW[5]=MADC[1]；

Return；

在系统运行中，消费者根据系统提示，将IC卡插入，系统界面现实余额信息及消费信息，若系统检测出插入的IC为无效卡或金额不足，则报警提示，若IC卡为有效卡且金额充足，则供电，消费者可进行充电。若充电过程中停电，恢复送电后，系统按照消费者设定时间，继续充电。

4 结束语

随着计算机及电子技术的发展，IC卡消费逐渐成为自助消费的主流趋势，利用IC卡消费不仅能减少人工耗损，还能满足人们自理消费的心理。运用IC技术的12路电动车充电器系统可方便地实现电动车的智能快速充电，操作简单，对促进电动车行业进一步发展有重要意义。

参考文献

[1]白琳，刘金霞.电动汽车IC自助能源补充系统设计与研究[J].自动化技术与应用，2008，27（4）：108-110.

[2]Steve Knoth.电源通路管理集成电路的优点[J].今日电子，2007，（10）：34-37.

[3]张铭红，张宇，杨建宁等.电动汽车流动供电站电源管理系统的设计[J].电源技术，2009，33（9）：810-812.

xdata uchar pmnt1[101]；

uchar ruin1=0，cpuin1=0；

static xdata uchar qXuLieHao[4]；

xdata uchar ShuZiBiao[]="0123456789"； //数字表

typedef union JSDATA

{

uchar JiShouHC[11]；

}JSDATA；

const uchar kst[]={1，2，3，4，5，6，7，8，9}；

void USART1_TXD_SODATA（uchar *pt，uint len）

{

uint i；

EA=0； //关总中断

for（i=0；i

{

SBUF=*（pt+i）；

while（！TI）；

TI=0；

}

EA=1； //开总中断

}

/**************复位读卡模块*******************/

void MoKuaiReset（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x01，0x2D，0x2C}；

USART1_TXD_SODATA（MLing，5）；

}

/****************寻所有卡*********************/

void XunKa（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x02，0x31，0x52，0x61}；

EA=0；

USART1_TXD_SODATA（MLing，6）；

EA=1；

}

3 IC卡自助充电消费管理系统

3.1 需求分析

从电动汽车的自动快速充电方案来看，目前国内用于实现快速充电结算的方式主要有投币、插卡和插卡三种，投币式充电不仅需要定期回收硬币，增加人工成本，同时自动充电机无人值守，安全性较差；由于充电需要一定的时间，用户可能不在充电机附近，采用插卡式充电可增加不安全感；刷卡式充电只需将IC卡在感应区刷一下即可充电，操作简单方便、安全性高，可为消费者提供极大的便捷。基于此，在电动自行车自动快速充电中，选择使用刷卡式充电。

3.2 系统结构

在IC卡自主充电消费管理系统中，主要包括控制主机、IC卡、读写机、收费机、打印机、网卡、消费管理软件等，其中收费机为系统中最为关键的设备，主要用于感应接受IC卡发送的数字信号。在使用过程中，IC卡在收费机感应区刷卡后，IC卡芯片中的基本信息可存储到收费机中，并通过与计算机的连接，将卡号、消费金额等信息传送到计算机汇总进行储存，通过计算机实现对IC卡用户消费、充值等的管理。在选择硬件及设计硬件系统时，须在保证充电机整体性能稳定的前提下，考虑到简单性和成本。

在系统中硬件实现的关键为IC卡技术，IC卡均有发卡中心发行，具有可充值的功能。IC卡的核心是集成电路芯片，其关键技术有电擦除式可编程只读存储器技术（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）、加密技术及ISO标准化技术等，EEPROM技术是IC卡技术的核心，该技术使晶体管密度增大，改善了性能，增加了容量，达到在同样面积上存储更大数据量的目的；RFID技术是一种利用电磁波进行信号传输的识别方法，被识别的物体本身应具有电磁波的接收和发送装置，射频识别IC卡是一种使用电磁波和非触点来与终端通信的 IC卡，使用此卡时，不需要把卡片插入到特定读写器插槽之中，只需要将卡片主动靠近读卡器读卡区内，读取卡上信息后即可完成交易；IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技术，不仅可以验证信息的正确性，同时还能检查通信双方身份的合法性，从而保证信息传送的安全性；IC卡接口电路是IC卡与IFD内的CPU进行通信的唯一通道，其产生的电信号必须满足严格的时序要求，以保证通信和数据交换的安全与可靠。

3.3 功能模块设置

管理系统主要包括磁卡信息管理、充电机信息管理、管理身份验证、信息查询、磁卡消费管理和帮助信息等几个功能模块，用于实现基本信息管理、信息安全保护、历史数据查询、计量收费及打印数据、系统对时等功能，结构如下图3。

图3 IC卡自助充电消费管理系统功能模块

系统磁卡信息管理模块和充电机信息管理模块主要用于对基本信息的管理，包括磁卡编号、磁卡用户基本信息、充电机基本信息等；管理身份验证是对充电机管理进行权限限制，不同的管理人员有不同的权限，以保证数据安全性；用户可通过信息查询模块对充电时间、地点、充电量等历史重现数据进行查询；充电机同时配备有嵌入式打印机，用户消费后通过选择打印选项，将本次消费记录打印下来；计量收费模块主要对本次充电消费进行计费，按照国家费率电价规定，计算出总费用，同时将消费者本次消费的相关数据发送到后台数据库中进行保存备份。

3.4 软件设计与实现

主程序设计部分如下：

/*

#include"EC0608RT.H"

Void begin（void）

{

If（LD_X0）}{RST_Y7；RST_Y4；MW[0]=0；MW[3]=0；}//请插卡

else

{

SET_Y7；

MW[3]=I2C（）；

If（MW[3]&0×8000）

{

RST_Y4；

MW[0]=1；//无效卡

}

else

{

If（MW[3]=0）

{

RST_Y4

MW[0]=2；//金额不足

}

else

{

SET_Y4；

MW[0]=3；//供电中

}

}

}

MW[4]=MADC[0]；

MW[5]=MADC[1]；

Return；

在系统运行中，消费者根据系统提示，将IC卡插入，系统界面现实余额信息及消费信息，若系统检测出插入的IC为无效卡或金额不足，则报警提示，若IC卡为有效卡且金额充足，则供电，消费者可进行充电。若充电过程中停电，恢复送电后，系统按照消费者设定时间，继续充电。

4 结束语

随着计算机及电子技术的发展，IC卡消费逐渐成为自助消费的主流趋势，利用IC卡消费不仅能减少人工耗损，还能满足人们自理消费的心理。运用IC技术的12路电动车充电器系统可方便地实现电动车的智能快速充电，操作简单，对促进电动车行业进一步发展有重要意义。

参考文献

[1]白琳，刘金霞.电动汽车IC自助能源补充系统设计与研究[J].自动化技术与应用，2008，27（4）：108-110.

[2]Steve Knoth.电源通路管理集成电路的优点[J].今日电子，2007，（10）：34-37.

[3]张铭红，张宇，杨建宁等.电动汽车流动供电站电源管理系统的设计[J].电源技术，2009，33（9）：810-812.

xdata uchar pmnt1[101]；

uchar ruin1=0，cpuin1=0；

static xdata uchar qXuLieHao[4]；

xdata uchar ShuZiBiao[]="0123456789"； //数字表

typedef union JSDATA

{

uchar JiShouHC[11]；

}JSDATA；

const uchar kst[]={1，2，3，4，5，6，7，8，9}；

void USART1_TXD_SODATA（uchar *pt，uint len）

{

uint i；

EA=0； //关总中断

for（i=0；i

{

SBUF=*（pt+i）；

while（！TI）；

TI=0；

}

EA=1； //开总中断

}

/**************复位读卡模块*******************/

void MoKuaiReset（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x01，0x2D，0x2C}；

USART1_TXD_SODATA（MLing，5）；

}

/****************寻所有卡*********************/

void XunKa（void）

{

xdata uchar MLing[]={0x02，0x00，0x02，0x31，0x52，0x61}；

EA=0；

USART1_TXD_SODATA（MLing，6）；

EA=1；

}

3 IC卡自助充电消费管理系统

3.1 需求分析

从电动汽车的自动快速充电方案来看，目前国内用于实现快速充电结算的方式主要有投币、插卡和插卡三种，投币式充电不仅需要定期回收硬币，增加人工成本，同时自动充电机无人值守，安全性较差；由于充电需要一定的时间，用户可能不在充电机附近，采用插卡式充电可增加不安全感；刷卡式充电只需将IC卡在感应区刷一下即可充电，操作简单方便、安全性高，可为消费者提供极大的便捷。基于此，在电动自行车自动快速充电中，选择使用刷卡式充电。

3.2 系统结构

在IC卡自主充电消费管理系统中，主要包括控制主机、IC卡、读写机、收费机、打印机、网卡、消费管理软件等，其中收费机为系统中最为关键的设备，主要用于感应接受IC卡发送的数字信号。在使用过程中，IC卡在收费机感应区刷卡后，IC卡芯片中的基本信息可存储到收费机中，并通过与计算机的连接，将卡号、消费金额等信息传送到计算机汇总进行储存，通过计算机实现对IC卡用户消费、充值等的管理。在选择硬件及设计硬件系统时，须在保证充电机整体性能稳定的前提下，考虑到简单性和成本。

在系统中硬件实现的关键为IC卡技术，IC卡均有发卡中心发行，具有可充值的功能。IC卡的核心是集成电路芯片，其关键技术有电擦除式可编程只读存储器技术（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）、加密技术及ISO标准化技术等，EEPROM技术是IC卡技术的核心，该技术使晶体管密度增大，改善了性能，增加了容量，达到在同样面积上存储更大数据量的目的；RFID技术是一种利用电磁波进行信号传输的识别方法，被识别的物体本身应具有电磁波的接收和发送装置，射频识别IC卡是一种使用电磁波和非触点来与终端通信的 IC卡，使用此卡时，不需要把卡片插入到特定读写器插槽之中，只需要将卡片主动靠近读卡器读卡区内，读取卡上信息后即可完成交易；IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技术，不仅可以验证信息的正确性，同时还能检查通信双方身份的合法性，从而保证信息传送的安全性；IC卡接口电路是IC卡与IFD内的CPU进行通信的唯一通道，其产生的电信号必须满足严格的时序要求，以保证通信和数据交换的安全与可靠。

3.3 功能模块设置

管理系统主要包括磁卡信息管理、充电机信息管理、管理身份验证、信息查询、磁卡消费管理和帮助信息等几个功能模块，用于实现基本信息管理、信息安全保护、历史数据查询、计量收费及打印数据、系统对时等功能，结构如下图3。

图3 IC卡自助充电消费管理系统功能模块

系统磁卡信息管理模块和充电机信息管理模块主要用于对基本信息的管理，包括磁卡编号、磁卡用户基本信息、充电机基本信息等；管理身份验证是对充电机管理进行权限限制，不同的管理人员有不同的权限，以保证数据安全性；用户可通过信息查询模块对充电时间、地点、充电量等历史重现数据进行查询；充电机同时配备有嵌入式打印机，用户消费后通过选择打印选项，将本次消费记录打印下来；计量收费模块主要对本次充电消费进行计费，按照国家费率电价规定，计算出总费用，同时将消费者本次消费的相关数据发送到后台数据库中进行保存备份。

3.4 软件设计与实现

主程序设计部分如下：

/*

#include"EC0608RT.H"

Void begin（void）

{

If（LD_X0）}{RST_Y7；RST_Y4；MW[0]=0；MW[3]=0；}//请插卡

else

{

SET_Y7；

MW[3]=I2C（）；

If（MW[3]&0×8000）

{

RST_Y4；

MW[0]=1；//无效卡

}

else

{

If（MW[3]=0）

{

RST_Y4

MW[0]=2；//金额不足

}

else

{

SET_Y4；

MW[0]=3；//供电中

}

}

}

MW[4]=MADC[0]；

MW[5]=MADC[1]；

Return；

在系统运行中，消费者根据系统提示，将IC卡插入，系统界面现实余额信息及消费信息，若系统检测出插入的IC为无效卡或金额不足，则报警提示，若IC卡为有效卡且金额充足，则供电，消费者可进行充电。若充电过程中停电，恢复送电后，系统按照消费者设定时间，继续充电。

4 结束语

随着计算机及电子技术的发展，IC卡消费逐渐成为自助消费的主流趋势，利用IC卡消费不仅能减少人工耗损，还能满足人们自理消费的心理。运用IC技术的12路电动车充电器系统可方便地实现电动车的智能快速充电，操作简单，对促进电动车行业进一步发展有重要意义。

参考文献

[1]白琳，刘金霞.电动汽车IC自助能源补充系统设计与研究[J].自动化技术与应用，2008，27（4）：108-110.

[2]Steve Knoth.电源通路管理集成电路的优点[J].今日电子，2007，（10）：34-37.

[3]张铭红，张宇，杨建宁等.电动汽车流动供电站电源管理系统的设计[J].电源技术，2009，33（9）：810-812.