淺談電動自行車充電樁智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用

時間：2020-09-09

摘要：圍繞基于物聯(lián)網(wǎng)的電動自行車充電樁智能監(jiān)測系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的軟硬件組成、各部分之間的聯(lián)系，以及該系統(tǒng)的工作原理、相應的設計技術，主要包括電動車充電樁的智能控制方法、充電樁與手機的通信方法，手機與服務器的數(shù)據(jù)通信等內容。

關鍵詞:充電樁;單片機;智能手機;物聯(lián)網(wǎng);互聯(lián)網(wǎng);服務器

1 引言

電動自行車在中國有著巨大的使用量，但是電動車電池的壽命卻不夠理想，當然電池的壽命和很多因素有關。其中一個很重要的原因是充電器造成的，比如夏天過充，冬天欠充，舊電池充電不轉燈等，普通充電樁只有幾個簡單的狀態(tài)指示燈，無法完全了解充電狀態(tài)。如果能了解充電過程，并將充電數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到充電樁廠家服務器，廠家通過大數(shù)據(jù)分析，對充電樁進行改進，則會提高充電器質量。同時用戶也可以通過手機詳細了解充電狀態(tài)，并通過服務器返回的充電參數(shù)調整用戶充電樁的參數(shù)，則會讓充電樁較加智能化。

2 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、智能手機、互聯(lián)網(wǎng)三位一體，構造了一套完整的電動自行車充電樁智能監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)構造如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構框圖

如圖1所示，充電樁中裝有單片機，單片機負責測量電池電壓電流以及環(huán)境溫度等參數(shù)。單片機利用藍牙串口模塊與智能手機構成物聯(lián)網(wǎng)，進行無線通信，上傳電池充放電數(shù)據(jù)，或者下載本電池的充電參數(shù)，智能手機再通過互聯(lián)網(wǎng)與充電樁廠家的服務器進行通信，上傳本電池的充放電數(shù)據(jù)，或者從服務器數(shù)據(jù)庫中下載針對本電池的新的充電參數(shù)。充電樁廠家的*通過分析用戶電池的充放電數(shù)據(jù)，研究出新的充電樁工作過程，并提出針對不同電池的充電參數(shù)，并上傳服務器，供用戶下載。同時，廠家還可以根據(jù)用戶電池的變化情況，了解新的充電參數(shù)是否對電池有效。當然廠家也可以做很多事情，比如充電樁的質量跟蹤，電池的壽命跟蹤等，為研究較好的充電樁提供實驗數(shù)據(jù)。有了這個系統(tǒng)，用戶和企業(yè)就可以實現(xiàn)交流，充電樁變得較加智能化，相當于把*請回家，隨時提供專業(yè)指導，并提高充電效果，延長電池壽命，要完成這個系統(tǒng)，需要對充電樁，智能手機，服務器這3部分設計相應的軟件，另外充電樁內部還要有相應的硬件電路配合，下面具體說明這些部分的設計。

3 充電樁相關電路

為了能實現(xiàn)與智能手機通信，充電樁在傳統(tǒng)電路的基礎上加入單片機，當然電路可以整體設計，也可以在原有的普通充電樁電路上進行改造，這里以改造為例，列出與單片機相關的電路，其他電路和原充電樁相同，具體電路如圖2所示。

圖2 充電樁單片機相關電路圖

3.1電源電路

充電樁輸出經(jīng)過防倒灌二極管D1加到充電電池DC1上，電池上的48V電壓經(jīng)過MK1模塊降壓到直流2V，MK1 是開關模式的DC/DC降壓模塊，效率高，適用于較高的直流電壓的降壓，12V電壓一路加到運放IC2的電源上;另一路加到集成穩(wěn)壓電路IC3輸入端，IC3是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓集成電路，型號為LM7805,輸出5V直流電為單片機IC1供電，單片機型號為國產(chǎn)的STC15w408as，采用 DIP16腳封裝，是增強型51系列單片機，有8路10位ADC模數(shù)轉換功能，有硬件PWM功能，還有串行口，定時器等功能，非常適合本電路使用。

3.2信號測量電路

電池電壓經(jīng)過R5，R7分壓后加到單片機P1.0端口，利用單片機的ADC功能測量電池電壓，充電電流經(jīng)過電流采樣電阻 R1 后形成采樣電壓經(jīng)過單電源運算放大器 LM358 的放大后加到單片機的 P1.1端口，用來測量充電電流，7805輸出的5V電壓經(jīng)過R6,RT分壓后加到單片機P1.2端口，用于環(huán)境溫度的測量，RT為負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻，常溫25攝氏度時的阻值為10k歐。

3.3充電控制電路

當服務器傳回新的充電參數(shù)后，充電樁應該用新的充電參數(shù)來控制充電過程，充電過程的控制主要以傳統(tǒng)的三段式充電模式為主，該模式先恒流，后恒壓，涓流充電，是當今大多數(shù)充電樁的標準模式。這種模式不用單片機也可以運行，單片機的作用是可以根據(jù)環(huán)境溫度，電池的新舊狀態(tài)，以及充電過程中出現(xiàn)的各種情況做出微調，以使電池處在充電狀態(tài)。微調的方法是單片機輸出一個模擬電壓去控制充電器穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，也就是控制穩(wěn)壓集成電路 TL431 的反饋引腳，從而調整恒壓階段的電壓值。比如說環(huán)境溫度低，則恒壓值提高，環(huán)境溫度高，則恒壓值降低，若充電不轉燈，則降低恒壓值，使充電樁及時轉燈?？刂屏撕銐褐?，即控制了充電過程，由于單片機沒有DAC功能，所以利用單片機的硬件PWM功能，在P3.2引腳輸出PWM波，經(jīng)過R8,C2,R9,C3兩級RC濾波后產(chǎn)生一個直流電壓，通過R10電阻加到TL431的反饋引腳上，從而實現(xiàn)充電控制功能。

3.4物聯(lián)網(wǎng)電路

為了能實現(xiàn)充電器連上互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)服務器交換數(shù)據(jù)，讓單片機通過藍牙串口模塊和手機進行藍牙組網(wǎng)，圖3中MK2即是藍牙串口模塊，該模塊的 RXD,TXD分別連到單片機的 P3.0和 P3.1引腳，與單片機進行串口通信，模塊上的2.4G天線和手機藍牙進行無線通信，組成物聯(lián)網(wǎng)，如果有多個充電器，則多個充電器各自帶有藍牙模塊，用戶可以操作手機軟件去主動連接配對各個充電器，和他們通信，要注意的是，由于藍牙串口模式是點對點組網(wǎng)，所以手機每次只能連接一個充電器。

4 單片機軟件

單片機負責與手機進行串口通信，同時測量溫度，電流，電壓等參數(shù)，并將這些參數(shù)在用戶的控制下傳送到手機，并根據(jù)手機傳來的充電參數(shù)進行充電控制，其主要流程如圖3所示。

圖3 單片機程序流程圖

由圖3可見，程序主要分兩部分，一部分為主程序，主要負責測量電壓、電流、溫度等參數(shù)，以及進行充電控制，這個過程循環(huán)進行，直到關閉電源結束，另一部分為串行口中斷程序，當用戶通過手機藍牙連接電路中的藍牙串口模塊后，用戶只要有數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機，單片機就會產(chǎn)生串口接收中斷，單片機在中斷函數(shù)中接收用戶發(fā)來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要，將單片機中的參數(shù)送回到用戶手機上，單片機軟件要完成3種事，測量、控制及通信，由于篇幅關系，詳細程序不再列出，本軟件利用keil C開發(fā)，用C語言設計，易讀性及可移值性好，程序短小，穩(wěn)定性好。

5 手機軟件

當前流行的智能手機主要以安卓系統(tǒng)，蘋果系統(tǒng)，以及微軟系統(tǒng)為主，根據(jù)需要可以設計不同平臺的軟件系統(tǒng)，雖然平臺不同，但要完成的任務及流程是一樣的，下面以安卓系統(tǒng)為例，本軟件用Google公司開發(fā)的ADT Bundle開發(fā)工具設計，該工具基于Java開發(fā)，自帶 Eclipes工具，并包括了Android開發(fā)庫，安裝使用都很方便，手機部分的軟件主要負責和單片機通信，以及通過互連網(wǎng)和遠程服務器通信，另外就是和用戶的交互，以及充電曲線及參數(shù)的顯示，和單片機通信的方法是通過藍牙串口的方式進行，和服務器通信的方法主要以B/S結構為主，就是服務器啟動Web服務，并啟用asp腳本功能,手機客戶端通過瀏覽器訪問服務器網(wǎng)站，上傳下載充電數(shù)據(jù)，這種結構開放性強，軟件開發(fā)*，技術成熟度高，軟件流程如圖4所示。

圖4 手機端軟件流程圖

6 服務器軟件

服務器端主要負責用戶充電數(shù)據(jù)的存儲，*設定的充電控制參數(shù)的保存，以及用戶的交互界面，以提供數(shù)據(jù)的上傳和下載，本服務器安裝Windows 2003 Server版操作系統(tǒng)，安裝 SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，建立用戶信息表，充電信息表，網(wǎng)站用ASP技術開發(fā)，可以方便用戶交互，上傳下載充電數(shù)據(jù)，具體流程不再詳述。

7 安科瑞電動自行車充電樁及充電樁監(jiān)測系統(tǒng)

7.1電動自行車充電樁產(chǎn)品介紹

電動自行車智能充電樁是新一代電動自行車智能充電設備，具有交流輸出電源遠程通斷控制、充電安全控制、電度計量、按時計費功能于一體的交流供電裝置，該裝置能通過電動自行車的車配充電器為電動自行車充電。支付方式可選擇投幣、刷卡、掃碼使用，設備內部可引出10路出線至插座，通過電動自行車的車配充電器完成充電?？蛇B接云平臺給用戶提供安全可靠及智能化的充電服務。

7.2電動自行車充電樁技術參數(shù)

7.3電動自行車充電樁選型表

7.4電動自行車充電樁監(jiān)測系統(tǒng)功能

7.4.1資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁異常交易監(jiān)測。

7.4.2交易結算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

7.4.3用戶管理

用戶注冊，用戶登錄，用戶賬戶管理

7.4.4充電服務

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。

7.4.5微信小程序

掃碼充電，賬單支付等功能。

7.4.6數(shù)據(jù)服務

數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。

8 安裝應用案例

電瓶車充電樁在江陰某小區(qū)的應用

9 業(yè)務模式

9.1數(shù)據(jù)托管方式

安科瑞指導用戶完成充電樁的安裝，用戶的充電樁將數(shù)據(jù)上傳至安科瑞充電樁收費運營云平臺，委托安科瑞管理，按約定收取托管費用。

9.2用戶自建平臺

平臺建在用戶監(jiān)控室內(或*地點)，硬件客戶可以按照我方推薦設備配置標準采購或者租用云服務器。安科瑞為客戶完成平臺的建設和運管隊伍的培訓。

10 結語

本系統(tǒng)綜合了充電技術，單片機技術、智能手機、計算機、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、各種系統(tǒng)的軟件設計，符合當今信息化，智能化社會的潮流，為企業(yè)產(chǎn)品的持續(xù)改進，提高客戶服務質量，自動化收集產(chǎn)品使用信息等方面起到了較好的作用，由于該系統(tǒng)能大范圍收集充電器實際運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及電池工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，為企業(yè)對產(chǎn)品的分析改進提供了堅實的實驗數(shù)據(jù)。

詞條
詞條說明
安科瑞農(nóng)業(yè)水價綜合改革云平臺
安科瑞農(nóng)業(yè)水價綜合改革云平臺??安科瑞陳璐平臺概述該云平臺是根據(jù)**頒發(fā)的《《**辦公廳關于推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革的意見》(國辦發(fā)〔2016〕2號)》，*農(nóng)業(yè)水價綜合改革管理平臺。平臺分為地理信息系統(tǒng)、水價定價系統(tǒng)、水權管理系統(tǒng)、用水交易系統(tǒng)、用水獎勵系統(tǒng)、用水分析系統(tǒng)等子系統(tǒng)，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水及水資源的持續(xù)利用提供技術支撐。平臺功能用水總量控制：平臺實現(xiàn)省 ->
導軌電能表的工業(yè)應用
工業(yè)企業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要動力，工業(yè)發(fā)展的不斷壯大離不開電力的支持，企業(yè)的電能由于用電的器械和途徑不同，使用過程中損耗率雖不是很低，但不易避免，而電能在低壓配電終端的消耗量十分巨大。為了加強終端電能的計量考核和管理，方便用戶的使用和改造，微型化導軌式安裝電能表應運而生，它測量的精度相較于傳統(tǒng)的壁掛式安裝電能表較高，過載能力和抗壓能力都比較強，性能比較穩(wěn)定，自身耗電少等優(yōu)點集于一體，質輕
ALP智能型低壓線路保護裝置
ALP智能型低壓線路保護裝置安科瑞陳璐概述ALP系列產(chǎn)品集保護、測量、控制、總線通訊為一體，同時提供了遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、操作記錄、跳閘報警記錄及開關量記錄等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領域。符合標準GB 14048.1 低壓開關設備和控制設備總則GB 14048.4 低壓開關設備和控制設備機電式接觸器和電動機起動器JB/T 10736
電動機保護器及控制線路
電動機保護器的工作原理、電動機保護器的造型、安裝調試及帶電動機保護器的控制線路。本書內容來源于生產(chǎn)實踐，直觀易懂。內容安排有利于拓展讀者的思維空間，掌握電動機保護器選型，操作技能，達到舉一反三、觸類旁通的目的。本書適合初中以上文化程度從事電氣安裝，維護的初、中級電工閱讀，也可作為職業(yè)技術院校相關專業(yè)的輔助教材。目錄*1章電動機保護的基本原理? 1.1 電源電壓監(jiān)控原理?