小区电动车自助充电系统的研究

0小区电动车自助充电系统的研究【摘要】：相比较其他如汽车行业、自行车行业、摩托车行业等，电动车有着轻便、快捷、环保等优势。随着该行业的迅速发展，诸如动力蓄电池的能量比、单次充电效率、充电后的行驶里程以及如何使充电方式更高效优质等问题也逐渐进入我们的视野。对于解决这些问题的需要也变得迫切起来。在小区内设置自助充电系统，是一个很好的解决办法。本文在进行充电机的研究中，采用了高频开关电源技术，用三相整流电路、快速充电变换电路和滤波电路组成主回路。对于获取的信息以及采集到的数据送入主控单元进行处理、分析，通过模糊免疫自适应PID的控制，实现相应控制信号的获取。由控制信号控制主回路开关的通断，达到对蓄电池智能充电的目的。本文选用了集成度、成熟度较高的菲利普MFRC500芯片CPU卡，并围绕其设计了相应的IC卡读写模块，以实现充值、扣费以及查询的自动化。【关键词】：电动车；自助；充电；研究；Abstract：Comparedwithothersuchasautomobileindustry,bicycleindustry,motorcycleindustry,electricvehiclehasaadvantageoflight,fast,environmentalprotectionetc.Withtherapiddevelopmentofthisindustry,problemssuchasthebatteryenergyratio,singlechargingefficiency,afterchargingmileageandhowtomakemoreefficientchargealsograduallyenterourfieldofvision.Tosolvetheseproblemsbecome.Selfchargingsystemisarrangedinthearea,isaverygoodsolution.Basedontheresearchofbatterycharger,usinghigh-frequencyswitchingpowersupplytechnology,composedofmaincircuitofthree-phaserectifier,fastchargingcircuitandfiltercircuit.Accesstoinformationandthecollecteddataintothecontrolunitforprocessing,analysis,thefuzzyimmuneadaptivePIDcontrol,toachieveaccesstothecorrespondingcontrolsignal.Bythecontrolsignaltocontrolthemaincircuitswitch,theintelligentbatterychargingpurpose.Inthispaper,thePhilipMFRC500CPUchipintegration,highmaturityofthecard,andthedesignoftheICcardread-writemodule,toachievetherecharge,deductionandthequeryautomation.Keywords：Electricvehicle;Self-help;charging;studyi目录前言.3第1章小区电动车自助充电系统总体思路.4第2章系统管理模块.5第2.1节系统用户信息的建立.5第2.2节IC卡管理.6第2.3节参数设定.7第2.4节系统监管.7第3章充电管理模块.8第3.1节电源模块.9第3.2节现金识别及收取模块.9第3.3节IC卡识别读写模块.123.3.1该模块的工作机制.163.3.2天线模块.143.3.3CPU卡的读写函数.183.3.4主控单元程序设计.193.3.5计费扣费.203.3.6充值.21第3.4节充电模块.21第4章人机交互界面.244.1服务界面.244.1.1屏幕设置.244.1.2.高度设置.244.1.3.按键设置.244.1.4.界面显示.24第4.2节服务界面.254.2.1.维修界面.254.2.2.充值界面.254.2.3管理界面.25第5章统计管理模块.26第5.1节数据库管理.265.1.1.用户权限规划.265.1.2.表空间规划.265.1.3.离线数据的处理.265.1.4.关于数据缺失.275.1.5.异常数据的处理.27第5.2节报表系统.275.2.1.报表选择.275.2.2.报表统计.275.2.3.关于数据延迟的处理.27结论.28ii参考文献：.29致谢.303前言随着汽车、摩托车行业的持续发展，其所带来的交通拥堵、环境污染、能源紧缺是目前全球都面对的一个十分严峻的问题。面对这样的情况，全球各国都在寻找有效的解决办法，仅仅靠限制生产、限制使用已经很难满足要求，一方面造成能源的持续消耗，另一方面，环境污染问题也无法得到解决，甚至会更严重。电能，可以通过水力、风力、获利、太阳能以及核能等多种方式获得，对于电能的广泛使用是环节环境污染、降低非可再生能源消耗的有效手段之一。正是在这样的前提下，电动车由于其采用电能作为能源，加之其便利的使用，成为越来越多的人的出行的首选。但是，随着电动车行业的发展，电动车持有量越来越多，如何给电动车充电已经成为困扰用车人的首要问题。尤其对于城镇居民来说，由于城市整体规划及发展的需要，很难进行公共充电装置的大范围网点设置。很多居民在居住地附近没有地方充电，没有办法的情况下，在需要充电时，只能将电动车的电池拆下，在家里进行充电，但是这样的充电模式会有很多问题，首先，频繁拆卸会造成电动车和电池的故障；其次，会影响电池的使用寿命；再次，充电效率也无法保障。面对这样的情况，本文提出在小区的公共区间，设置电动车自助充电系统，在给小区居民的出行提供了便利的同时，也间接促进了电动车产业的发展。本文将就电动车自助充电系统的结构及其IC读写模块进行研究。4第1章：小区电动车自助充电系统总体思路小区电动车自助充电系统由系统管理、充电管理以及统计管理组成。系统管理模块:系统管理功能，包括用户信息的建立；IC卡的发放、充值及回收销毁；系统设备的监管（运行情况、故障情况的监视）；系统收费标准的设定以及相关参数的下发。充电管理模块:根据系统规定收费标准以及顾客的充电需要在进行收费后，为顾客提供充电服务；同时对于IC卡内金额不足或没有IC卡的客户提供现金自助收费功能；为了满足客户需求，充电管理模块还提供自助充值功能。统计管理模块:该模块能够根据管理需要，定期对由充电机上传来的数据进行统计、整理，并形成相应报表。5第2章：系统管理模块在了解了系统管理模块的相关功能后，我们在进行系统管理模块的设计时，为完善系统管理模块的功能，设计了管理服务器、数据库服务器、防火墙、交换机以及工作站。所有设备，包括充电机均通过交换机整合在一起构成一个小型的局域网。为确保数据传输的顺畅、数据安全，本系统采用单环网建设方案（如图：2-1），确保在任何一个节点传输出现问题的时候，可以通过其他路由实现数据的上传。为确保数据统计及管理功能的实现，本设计中在进行管理服务器和数据库服务器选型时，选择了HPDL380服务器；数据库采用了目前应用较为广泛且技术成熟的oracle数据库；在交换机方面，由于网络覆盖要求小，终端机量相对较少，选用了WS-C3560G-48PS交换机，采用以太网组网方式，构成小型局域网。管理服务器交换机充电机2充电机1充电机n防火墙防火墙数据库服务器图2-1小区电动车自助充电系统网络图第2.1节系统用户信息的建立对于系统来说，用户主要分为两类，一类是管理用户，一类是消费用户。对于管理用户来说，其主要功能是实现对于系统的管理、监视、保养维修等。6对于消费用户来说，主要是使用系统发行的消费凭证（IC卡）进行充电消费活动。了解了用户群后，可以根据实际功能对系统用户信息进行建立。首先设立用户分组，将用户分为管理组和消费组，对于管理组用户，根据实际需要分配系统管理员、系统维修员、收费操作员等；对于消费组，可以根据顾客充值卡内金额的不同分别设置普通用户、白银用户、黄金用户和白金用户，不同的用户在进行充电消费时，给予的折扣不同。第2.2节IC卡管理本系统采用的IC卡为非接触式IC卡，采用了目前在市面上比较常见的CPU卡。在对IC卡进行选择的时候，充分考虑了现有的CPU卡执行标准，选购了兼容PBUC2.0银联标准的菲利普芯片。在进行IC卡内部结构设计时，考虑到IC卡的后续发展，预留了与社区一卡通（缴费、门禁、社区管理等）的接口。系统管理功能模块对于IC卡的管理主要包括以下几个方面，首先是对IC卡进行初始化工作，初始化后，卡内结构及密钥设置能够满足在本系统内使用的要求；其次是充值，在对IC卡进行充值时，客户可以根据实际需要在充电机上进行充值，也可以通过本模块进行充值，如图2-1。对于白银、黄金、白金用户初次充值必须通过本模块进行；用户信息的查询，持卡用户可以在本系统内对于所持票卡进行查询，查询内容包括卡号、用户信息、用户等级以及余额等信息；IC卡回收，由于各种原因导致无法继续使用该系统时，本系统可对客户IC卡进行回收，回收后返还顾客卡内余额，对于收取工本费或者押金的，可以根据实际情况（各地工商局要求、卡面磨损情况等）对于工本费或押金进行返还；回收后的IC卡，如不能继续使用时，可进行注销，注销后可销毁。7图2-1IC卡充值流程图第2.3节参数设定根据实际需要，对系统相关参数进行设定，如扣费标准、系统启动、停止时间、系统数据统计进行时间等。通过这些参数的设定，可以确保小区电动车自助充电系统的正常工作。第2.4节系统监管通过系统监管界面，可以对充电机运行情况进行监视，如充电机电量供应情况，IC卡消费情况、现金收取情况以及充电机的故障情况等相关信息，均可以第一时间反馈到系统监管界面中。便于管理人员、维修维护人员及时应对相应情况。密码输入是否正确否（返回）充值中心刷卡现金连接POSS机投币/放现钞扣款现金充值成功是否有假钞是有（退）无8第3章：充电管理模块充电管理模块，是根据客户设定的充电电量，根据资费标准，收取相应的现金或从卡内根据客户等级所享受折扣的不同扣除相应费用。并根据扣除的费用进行自动充电，充电过程中可以通过人机界面向顾客提供完整的充电信息，包括收取金额、充点电量，用卡用户卡内余额等。充电管理模块还具有现金收取功能，对持卡用户可进行充值，对于无卡用户，收取现金。图3-1充电过程流程图主控单元综合控制板RS232串口现金识别及收取模块充电模块IC卡识别读写模块人机交互模块图3-2充电管理模块结构图本次设计中，充电管理模块各子模块通过主控单元相连接，为减少控制环节以及节省充电机内部空间，设计了一块综合控制板，各子模块控制电路集成于综合控制板中，在进行控制时，由主控单元向综合控制板发出控制指令，由综合控制板转发控制指令到各子模块，以此来实现对于充电管理模块的整体管理。主控单元选用可靠性较高的研华多串口工控机就，取代了早期的单片机设初始界面选择类型按金额充电所需时间通知（充电总用时/剩余倒计时）中途停止停止结算充电充满按时间提示已满刷卡中断9计，虽然对空间要求增加了，但是在处理能力、存储空间、反应时间等方面都是单片机无法替代的。第3.1节电源模块该模块接入网压为220V的交流电，通过电源模块转换，转换为可以供电动车使用的12V直流电以及模块工作需要的直流24V电源。为确保充电过程中的安全和稳定，在电源室设置了不间断电源（UPS），其位置位于市电入口与设备电源模块之间其主要功能有两个方面，第一，在有外界电源输入的情况下，向充电模块提供稳定的电压。当外界电源断电时，向系统发出告警信号，并提供足够电量完成本次充电操作，见图3-3。AC220V图3-3电源模块结构图第3.2节现金识别及收取模块本系统为了方便管理，并未设置硬币收取模块。为确保现金安全，在现金模块采用了市面应用较为普遍的MEI纸币模块。在进行现金收取时，识别模块对于收到的现金金额及真假币进行检验，在顾客确认后，现金通过纸币通道进入钱箱，每钱箱最大容量为1000张。目前可以接受的纸币为5元、10元、20元、50元、100元。在实际使用过程中，如有其它需要可通过参数，对于接受DC24VDC12V电源接入模块（自带漏电保护）A/D电源转换源块24V电源转换模块24V-12V充电模块电源转接板其他模块DC24V10纸币面值进行设定。同时在新版人民币出台或有新版假币面市时，可由厂家对纸币识别模块的软件进行更新，见表3-1。11表3-1纸币识别模块技术参数项目指标备注进钞口显示红绿状态灯纸币插入四个方向接收面额软件可设置纸币识别率98%或更高识别纸币宽度6282mm，识别纸币长度124172mm暂存最多100张，一叠20张钱箱个数1纸币接收钱箱容量600/1000整体尺寸mm562H168W390L整体重量10V?恒流充电读取电压幅值U40V?恒压充电读取电压幅值U45V?预充电涓流充电读取电压幅值U48V?停止充电NYYNNYYN25第4章人机交互界面人机交互界面，包括服务界面以及操作界面，服务界面是整个系统与顾客直接面对面进行交流的平台，它的友好性、合理性直接决定了系统为顾客提供服务的质量。因此在进行人界交互界面设置时，要综合多方考虑，给予顾客最全面，最体贴的服务。而操作界面是向操作员提供各项管理、应用操作的界面，其可操作性、便捷性要求相对较高。4.1服务界面4.1.1屏幕设置在设置屏幕的时候，考虑以触摸屏为主，减少按钮设置，增加信息显示设置。本系统充电机屏幕采用19液晶触摸显示屏。4.1.2.高度设置在进行高度设计时，充分考虑了不同人群的需要，IC卡槽口高度为950mm，纸币投入口高度为1200mm，屏幕最高点为1400mm，操作界面按钮最高高度为1200mm。4.1.3.按键设置本系统采用全触摸屏控制，所有按键均在屏幕内以按钮形式显示，当顾客手移动到按钮上方未按下时，屏幕内能够对该按钮简单的功能描述进行显示。所有按键附近，有明显的中英文名称显示。4.1.4.界面显示充值机上主要显示信息有电池当前电量、电池充电电量、收取金额、享受折扣信息、余额等。在进行显示时，用户可以对感兴趣的信息区域进行放大，以便于观察，所有信息均由中英文名称显示。26第4.2节服务界面4.2.1.维修界面为方便维修维护人员更快地对故障进行判断，在进行界面设计时，增加了维修界面，维修人员在输入授权信息后，可以进入维修界面，在该界面下，维修人员可以对查看到各模块的状态，同时可以对各个模块进行模拟运行测试。通过这种友好的界面，维修人员可以更快，更有效的发现问题，并第一时间予以解决，同时，也能够对维修结果进行判定。4.2.2.充值界面在充值界面中，应给与操作员简单准确的操作界面，可以使操作员快速的对CPU卡进行充值，在充值进行过程中减少其他环节操作，避免误操作导致顾客损失或收益损失。4.2.3管理界面管理界面中，操作员可以通过授权的账号进行登录登录后可以进行相关的管理工作，比如卡片发行、用户信息登记、卡片等级处理等。27第5章：统计管理模块本系统所需统计的信息包括发卡信息、充值信息、消费信息、注销信息、设备故障信息等。根据实际情况，所有信息数据按照约定条件（5分钟一次或每10笔信息一组）上传至数据库服务器。本系统数据库采用oracle数据库，在进行数据库设计时，充分考虑到各类信息的不同情况，对数据结构、数据库表空间进行了划分。具体如下：第5.1节数据库管理5.1.1.用户权限规划为确保数据安全，在进行数据库设计时，除一个超级用户用来对整个数据库进行规划外，其余用户的权限及可访问的空间均进行了限制。同时，对于所有用户在数据库进行的操作的详细信息均进行了详细的记录，并生成日志文件，该文件只有超级用户有权力查看及处理。5.1.2.表空间规划在进行表空间规划时，根据不同数据其数据结构及数据量，对表空间存储容量的大小进行了设置，并预留了一倍的扩展空间，该部分空间可以根据数据量的情况自行扩展，也可以由人工进行二次规划。预留扩展空间的主要原因是在进行数据库规划初期，由于对于数据量的评估仅仅是根据经验进行设计，但是，实际运行起来后，情况往往会有变化，并且，随着影响面的扩大，用户量的增加，数据量也会产生变化，因此在进行规划时做出足够的预留是必要的。在早期的实时工程中，曾经出现过由于数据库规划不足，导致表空间满溢的情况发生，表空间一旦满溢，会造成数据库的崩溃。5.1.3.离线数据的处理充电机可以存储超过七天的交易数据，当充电机网络出现故障时，可以在离线状态下进行工作。在网络恢复时，离线时间的交易数据可以重新上传至数据库。也可以通过移动存储设备进行数据导出，并导入到数据库里。285.1.4.关于数据缺失每天充电机在进行每一笔交易时，其设备交易流水号都会自动加1，在生成交易数据时，会该笔交易产生的设备流水号一并上传至数据库，数据库在进行数据整理时，如发现有设备流水号断号的情况，则确认为数据缺失。此时，数据库会向相应设备发出数据提取要求，设备在接到要求后，会自动对缺失数据进行补传。如补传失败，数据库会向管理者发出缺失信号，由管理人员手动进行数据补传，或者导入导出工作。5.1.5.异常数据的处理数据库每天对数据进行处理时，会对已入库数据进行比对，如发现有重复数据时，会将新入库数据单独存储，并向管理者发出数据重复告警，在管理者确认后删除该数据。如发现有异常数据产生时，也会发送告警给管理者，由管理者对于异常数据进行确认，确认后的数据根据需要单独处理。第5.2节报表系统5.2.1.报表选择对于本系统来说，主要需要的报表数据，一般包括IC卡交易数据，IC卡充值数据，现金交易数据，用电量数据等。其他包括设备运行数据等一般来说，不作为主要统计内容，因此针对不同情况，使用日报、月报以及实时报表。5.2.2.报表统计报表内容来自数据库，日报、月报的统计在每天交易完全完成后进行。5.2.3.关于数据延迟的处理在由于设备断网出现数据延时的时候，统计照常进行，当数据重新上传上来之后，数据库会对数据进行重新统计，统计后会形成延迟数据报告，报告内容包括延迟数据所属设备、交易时间等。29结论小区电动车自助充电系统的建设，为小区居民使用电动车出行提供了方便，也间接为保护环境、缓解交通压力、解决能源危机做出了贡献。该系统现在还不够完善，还有很大的发展空间，随着科技的不断进步、网络、信息技术的不断发展，城镇居民对于电动车的认可与认知的逐步提升，小区电动车自助充电系统，必将拥有一个美好的未来，一个广阔的发展空间。30参考文献：1王健电动汽车充电站信息管理系统的设计与实现J微计算机信息，2006，22(15)：16-17.2徐振智能化电池充电管理系统的设计J轻工机械，2009，27(6)：62-65.3白琳电动汽车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.