电动汽车共享充电桩初探

盛凌伟，翟娟，彭泉，杨沁昕，章伯兆

（扬州大学广陵学院，江苏 扬州 225009）

0 引言

近年来，由于温室效应的不断加剧，降低碳排放已成为各国发展的重要任务，作为降低碳排放[1]重要工具的电动汽车再一次收到了重视，在我国，十二五规划中[2]，更是把电动汽车产业作为重点扶持的产业。而本智能共享充电桩以单片机为核心，充分提供了安全、有效的充电方式。其由4大部分构成[3]，主体部分主要由总控模块构成，总控模块主要进行信息处理[4]，信息发接收等工作。总的来说，加入单片机的充电桩可以面向更多的场所，不仅是在充电站，还可以放置在街头、小区等各个地方，在提供安全充电的同时，更方便了车主自由充电的需求，因此，关于单片机为核心的智能充电桩的研究非常具有意义。

1 系统的设计方案

目前，市面上的充电桩以IC卡刷卡充电为主，虽然使用充电桩能够较为安全的给电动汽车充电，但是其不能自由控制充电时间的弊端仍威胁着电池的安全。但本设计以单片机为核心，可以通过其内部定时器设置时间，通过继电器断开电源，使用户根据自己的电池电量自主的设定充电时间，既能避免过充问题，又可以节约时间，保护电池。

以单片机为核心的智能充电桩具有很强的灵活性，在定时断电的基础上可以加上其他模块，比如电流检测模块，电压检测模块，温度、湿度传感器，通过各个传感器时时刻刻监测着电池的充电状态，以保证每一块电池的安全充电。

2 系统硬件设计

目前市面上对电动汽车进行充电的方式大多采用变压器加输电线的组合，用户一端连接家用电源或者专用电源[5]，通过变压器将电压降低至合适的电压值再对电动汽车进行充电，这样的充电方式既没有电流电压的检测与保护[6]，也没有对充电的时间进行限制，很容易出现电压异常或者过充的情况，对生命财产安全造成严重的威胁，即便是一些专业的充电桩也缺少上述的两种保护[7]，严重威胁的用户的安全。

为了解决电压异常造成的危险情况，设计通过使用电压检测模块和ADC0832模/数转换芯片的组合，对充电电源的电压值进行监测并输出模拟量至ADC0832芯片，模/数转换后，将得到的数字量与系统的设置值进行对比，若高于设定值则关断继电器停止充电以达到安全保护。

设计通过使用单片机内部的定时器实现对时间的计时控制，用户将时间设置完成后，单片机的定时器会每1ms差生一个时钟脉冲信号，通过对脉冲信号的计数完成精确的计时，计时完成时，单片机发送高电平信号给继电器，继电器断开完成充电。

图1 硬件结构框图

3 系统软件设计

硬件系统和软件系统的二者协同合作才能确保智能充电桩良好运行。智能充电桩软件系统主要包含主控模块、安全模块及电气设计，其中主控模块作为控制一切的枢纽，其不但能够对充电桩进行实时监测，还能通过保护程序对充电模块进行保护，以免电压、电流过高而出现各种问题。

在系统出现异常或者不稳定的情况下，主控模块能够及时断开电源，防止安全事故发生的同时保护电动汽车电池。安全模块除了接收和执行主控模块的安全检测命令外，还有着密钥保护、数据加密和数据解密等功能，从而防止黑客入侵，保障信息安全和交易安全。

设计软件构架，首先开始执行主程序，计时器初始化，LCD1602初始化，屏幕显示欢迎界面，2秒后自动切换为设定时间画面。设置时间时，小时最大可设置为99小时[8]，分钟最大为59分钟，秒钟最大也为59秒，倘若分钟或者秒钟大于59[9]，则不能设置[10]。按下开始按键后，计时器开始计时，若按下紧急停止按钮，显示屏画面切换为警告界面，继电器断开；若手机app发送控制命令，显示屏画面切换至蓝牙控制画面，继电器由蓝牙控制；电源电压异常，继电器断开，以上情况均未发生时，计时时间到，继电器断开，显示器显示工作完成画面。

4 系统监测与分析

实物测试的主要内容包括显示器的显示质量、蓝牙连接效果、继电器时间控制功能、蓝牙远程控制功能以及电压检测功能。LCD1602的显示效果由电位器控制，如果屏幕文字显示不清楚，则可以减小电位器的阻值来增强显示效果，相反，如果对比度过大，则可以减小阻值来减弱效果，因此用户可以通过改变电位器的阻值来达到自己想要的画面显示效果。

图2 显示效果1

图3 显示效果2

图4 显示效果3

5 结论

本次研究设计的智能充电桩实物主要设计目的是为了实现计时断电和手动远程断电两个功能，计时断电是用单片机内部的定时器，通过累计每1MS产生的脉冲信号进行计时，从而进行精准计时，当计时达到设定值时，单片机执行停止程序，I/O口向继电器发送指令，继电器停止工作。除此之外，此次设计添加了紧急停止按键，用来紧急断电，当出现了一些紧急状况或突发情形时，可以方便周围的人群紧急断开充电电源，以保护用电器、设备以及设备周围人、物的安全。当紧急按键被按下时，设备会发出2秒钟的蜂鸣报警，安全接触时可以通过清除按键再次回到设定时间状态再次使用设备。