摘要：基于ARM 硬件平臺(tái)，研究了電瓶車充電技術(shù)，提出了一種智能型電瓶車在線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際充電情況實(shí)現(xiàn)智能斷電，同時(shí)提供給用戶一種遠(yuǎn)程充電、斷電的平臺(tái)，目的是防止電瓶車過度充電引發(fā)電瓶損傷和火災(zāi)等事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：ARM；電瓶車；充電
0 引言
隨著社會(huì)的發(fā)展，城市電瓶車數(shù)量迅猛發(fā)展，目前制約電瓶車行業(yè)發(fā)展的大問題是電瓶問題，電瓶作為電瓶車的核心部件，選擇好的充電方式至關(guān)重要，現(xiàn)有的幾種充電方式均不太理想：首先，人為斷電無法保證電瓶是否損壞，可能出現(xiàn)幾天不斷電的情況，事故多發(fā)皆由此發(fā)生。其次，投幣式快速充電裝置多采用大電流加反脈沖的工作原理，本身對(duì)電瓶即有損害，且充電時(shí)長(zhǎng)僅取決于投幣多少，時(shí)間到即斷電，該時(shí)長(zhǎng)不一定是好時(shí)間，多適用于車無電且急需用電的情況。此外，自定義延時(shí)插座由于需在插座上另加延時(shí)插座，在公共場(chǎng)所容易被偷，且延時(shí)也僅從時(shí)間角度考慮，無法針對(duì)電瓶電量情況而自動(dòng)確定。
本文提出了一種基于ARM 的電瓶車在線安充電系統(tǒng)，包含多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)充電裝置，可根據(jù)實(shí)際的充電情況智能斷電，同時(shí)提供給用戶一個(gè)遠(yuǎn)程充電、斷電的平臺(tái)，可使得忘記拔充電的用戶自動(dòng)切斷充電回路，以防電瓶的損傷和火災(zāi)等事故的發(fā)生。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示：本系統(tǒng)包括兩套以上的現(xiàn)場(chǎng)充電裝置，單套充電裝置中包括現(xiàn)場(chǎng)充電的控制器一套，設(shè)置在充電插座低壓回路中的電流傳感器以4- 20mA 模擬信號(hào)形式和控制器連接，在充電插座的插孔內(nèi)設(shè)置機(jī)械式限位開關(guān)，限位開關(guān)觸點(diǎn)和控制器相連，1繼電器和2繼電器設(shè)置在充電插座的低壓回路中，1繼電器和2繼電器和控制器用以控制充電插座的電流通斷，控制器以RS485 形式連接票據(jù)打印機(jī)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)所有充電裝置的控制器集中連接至局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)有平臺(tái)服務(wù)器搭建軟件平臺(tái)，平臺(tái)服務(wù)器與外部互聯(lián)網(wǎng)相連，通過互聯(lián)網(wǎng)與用戶的手機(jī)和電腦實(shí)現(xiàn)通訊。充電插座的低壓回路供用戶充電。
圖l系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
其中，充電插座、票據(jù)打印機(jī)固定在墻壁上，控制器、電流傳感器、限位開關(guān)、1繼電器和2繼電器均在墻壁內(nèi)部或背面隱式安裝。
2 工作原理
本系統(tǒng)由32 位 MCU 為主控制器，通過AID 轉(zhuǎn)換，把信號(hào)送往MCU進(jìn)行處理，系統(tǒng)的主控制器采用LM3Sl l38微控制器，該微控制器圍繞ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核來設(shè)計(jì)的。Cortex-M3是基于ARMv7-M架構(gòu)的ARM 處理器。
本系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)多信號(hào)轉(zhuǎn)換控制技術(shù)，根據(jù)充電回路電流的計(jì)算、普遍充電時(shí)間和遠(yuǎn)程用戶的控制綜合管理電瓶車充電時(shí)間。具體為以下幾點(diǎn)。
2.1限位采集
本系統(tǒng)利用充電插座內(nèi)的限位開關(guān)感知是否有插頭插入，當(dāng)有插頭插入時(shí)控制器開始運(yùn)算處理并輸出控制，當(dāng)插頭拔出時(shí)控制器停止控制工作，僅實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的通訊巡回診斷，并恢復(fù)繼電器l、2的狀態(tài)。
2.2電流信息的采集
本系統(tǒng)采用電流傳感器采集充電回路電流，當(dāng)電流不為零時(shí)利用控制器對(duì)電流進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)繼電器l、2 實(shí)現(xiàn)控制。
2.3票據(jù)打印
當(dāng)用戶將充電器插入充電插座時(shí)，限位開關(guān)感知有插頭插入，則控制器通過RS485通訊線控制票據(jù)打印機(jī)打印票據(jù)，票據(jù)內(nèi)容包括，平臺(tái)登錄及配套二維碼、所配隨機(jī)驗(yàn)證碼或用戶名和密碼。
2.4控制器的處理與控制
控制器識(shí)別限位信息和回路電流信息進(jìn)行計(jì)算處理，當(dāng)有插頭插入充電插座時(shí)，開始發(fā)送打印信息至票據(jù)打印機(jī)打印，同時(shí)開始充電計(jì)時(shí)T1。
充電計(jì)時(shí) T1可按普遍時(shí)間規(guī)律和遠(yuǎn)程手動(dòng)設(shè)定的時(shí)間來確定，普遍時(shí)間規(guī)律為大于一般電瓶車充電時(shí)長(zhǎng)，以便控制器通過電流的計(jì)算控制斷電，作為電瓶缺水等故障時(shí)電流信息不準(zhǔn)的保障措施。手動(dòng)設(shè)定優(yōu)先級(jí)高于普遍時(shí)間規(guī)律，為用戶熟知自己電瓶車性能后自定義的時(shí)間，當(dāng)在此時(shí)間內(nèi)充滿電后，控制器也將控制回路斷電。
充電計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)，控制器對(duì)充電電流的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，按時(shí)間段計(jì)算電流波動(dòng)偏差： /::,,.T=Tn-Tn-1, 當(dāng)心Tl<=T限值，即當(dāng)電流波動(dòng)在可接受范圍之內(nèi)持續(xù)5分鐘后，判定充電已經(jīng)達(dá)到恒流狀態(tài)（表現(xiàn)為充電器顯示綠燈），此時(shí)開始延時(shí)計(jì)時(shí) T2(一般為1個(gè)小時(shí)左右）。
當(dāng)?shù)竭_(dá)延時(shí)時(shí)間T2 或設(shè)定時(shí)間T1后，控制器控制繼電1、2 斷電，斷電后持續(xù)檢測(cè)限位開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)插頭拔出時(shí)限位開關(guān)恢復(fù)，此時(shí)控制繼電器1、2 恢復(fù)以便下次的循環(huán)。
控制器另有防浪涌功能，當(dāng)檢測(cè)出電流過大處于非正常使用狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)控制繼電器1、2斷電，這樣避免了一些事故的發(fā)生。
2.5繼電器控制
繼電器l、2的作用主要是控制充電回路的通斷，電充滿、電流過大或充電時(shí)間到時(shí)，控制回路斷電，此時(shí)插座無電；當(dāng)限位開關(guān)從1到0時(shí)（即拔出插頭的過程，）繼電器失電恢復(fù)原樣，此時(shí)插座內(nèi)有電。
2.6系統(tǒng)平臺(tái)建立與外部通訊
系統(tǒng)平臺(tái)以平臺(tái)服務(wù)器為載體,可采集多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器信息，集中式在界面上展現(xiàn)。平臺(tái)服務(wù)器內(nèi)部軟件以Bl/S軟件架構(gòu)搭建WEB形式展現(xiàn)，以外部互聯(lián)網(wǎng)形式發(fā)布,可在電腦、手機(jī)等可聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備上觀看并操作。平臺(tái)管理人員可集中監(jiān)控所有充電電瓶車的狀況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)聯(lián)絡(luò)車主。
而個(gè)體用戶，即電瓶車車主，可根據(jù)所取的票據(jù)遠(yuǎn)程登錄平臺(tái),用相應(yīng)的隨機(jī)驗(yàn)證方式單獨(dú)操作自己的電瓶車，監(jiān)控電瓶車的狀況。如發(fā)生過載使得充電停止后,用戶可以手動(dòng)遠(yuǎn)程操作控制器，使得電瓶車再次充電。如手動(dòng)操作后仍然過載跳電，則用戶可知需前往查看,更換充電口或者查驗(yàn)是否充電器有問題。
3安科瑞電瓶車充電樁及在線充電管理系統(tǒng)產(chǎn)品介紹
3.1電瓶車充電樁產(chǎn)品介紹
電瓶車智能充電樁是新一代電動(dòng)自行車智能充電設(shè)備，具有交流輸出電源遠(yuǎn)程通斷控制、充電控制、電度計(jì)量、按時(shí)計(jì)費(fèi)功能于一體的交流供電裝置，該裝置能通過電瓶車的車配充電器為電動(dòng)自行車充電。支付方式可選擇投幣、刷卡、掃碼使用，設(shè)備內(nèi)部可引出10路出線至插座，通過電瓶車的車配充電器完成充電。可連接云平臺(tái)給用戶提供可靠及智能化的充電服務(wù)。
3.2電瓶車充電樁技術(shù)參數(shù)
3.3電瓶車充電樁選型表
3.4電瓶車在線充電管理系統(tǒng)架構(gòu)
3.5電瓶車在線充電管理系統(tǒng)功能介紹
3.5.1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(cè)。
3.5.2交易結(jié)算
充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。
3.5.3用戶管理
用戶注冊(cè)，用戶登錄，用戶賬戶管理
3.5.4充電服務(wù)
充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。
3.5.5小程序
掃碼充電，賬單支付等功能。
3.5.6數(shù)據(jù)服務(wù)
數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析。
4結(jié)語
本系統(tǒng)改變?cè)袃H從時(shí)間上來控制電瓶車斷電的方法，利用插座和電流的信息，結(jié)合普遍規(guī)律的時(shí)間和用戶自定義的時(shí)間綜合控制電瓶車的充電，有助于電瓶的優(yōu)利用，保護(hù)不受損傷。
首先，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)以手機(jī)、電腦等遠(yuǎn)程監(jiān)控電瓶車充電狀態(tài)，多模式遙控電瓶車的充斷電，實(shí)現(xiàn)了信息的遠(yuǎn)程共享。管理人員可通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電瓶車充電的集中式管理。即使用戶什么都不操作，系統(tǒng)也可自動(dòng)對(duì)電瓶車實(shí)行充電的控制和管理，對(duì)忘了拔電的用戶提供保障功能。
其次，以票據(jù)形式打印充電信息，每次充電配置隨機(jī)驗(yàn)證信息，除管理外每個(gè)人僅能操作自己的電瓶車，使得惡作劇的形式無處遁形。
系統(tǒng)不對(duì)外部進(jìn)行改造，而以暗裝方式安裝，避免了裝置被盜的情況，且充電場(chǎng)所可開放公共用戶，無需收費(fèi)，避免了很多麻煩，可設(shè)置在辦公樓、大型商場(chǎng)等公共場(chǎng)所，可大大方便用戶，提高公共場(chǎng)所口碑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王剛,張萬民,電動(dòng)車充電過程起火原因分析及技術(shù)防范措施[J]消防科學(xué)與技術(shù)，2012 (12).
[2] 瞿國(guó)慶,張曉冬,袁異貴,瞿峰,基于ARM的電瓶車安全在線充電系統(tǒng)[J].
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11
[4]安科瑞電瓶車充電樁收費(fèi)云平臺(tái).2019.11
