【基于5G車聯(lián)網(wǎng)的電動汽車充電引導通信系統(tǒng)設計17000字（論文）】

基于5G車聯(lián)網(wǎng)的電動汽車充電引導通信系統(tǒng)設計摘要新能源汽車的動力來源主要是電能，新能源汽車的使用可以減少有害氣體排放，保護生態(tài)環(huán)境具，全球多個國家都在大力發(fā)展電動汽車行業(yè)。目前新能源汽車采用充電引導通信系統(tǒng)系統(tǒng)進行充電，充電引導通信系統(tǒng)的狀況對新能源汽車的發(fā)展起著重要的影響。因此，設計出一款安全耐用、快速穩(wěn)定、能與多種品牌新能源汽車接口兼容的共享充電引導通信系統(tǒng)具有重大的意義。本文介紹了新能源汽車及充電引導通信系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢，直流充電引導通信系統(tǒng)充電原理及充電流程TI公司數(shù)字信號處理器TMS320F28335作為主控制器的計費控制單元硬件設計，包括外圍通信接口、刷卡器模塊、以太網(wǎng)通信、語音模塊及EEPROM擴展模塊等，采用STM32F103ZET6作為主控芯的充電設備控制器的硬件設計，包括數(shù)字開關(guān)電路、控制導引檢測電路以及CAN總線接口的電路設計。設計了直流充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件，即計費控制單元和充電設備控制器的軟件設計。設計友好的人機交互界面，使用戶能夠方便快捷的在顯示屏上完成整個充電流程。最后對控制系統(tǒng)的運行及各個功能的驗證進行相關(guān)測試，結(jié)果表明本次設計的新能源汽車共享充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、操作方便，達到了預期設計目的。關(guān)鍵詞：新能源汽車；共享充電引導通信系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；充電計費；目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IIAbstract III1緒論 11.1研究背景及意義 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 11.2.1國外現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀 31.3充電站發(fā)展狀態(tài) 31.4主要研究內(nèi)容 42充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計 62.1智能充電引導通信系統(tǒng)充電方式 62.1.1智能充電引導通信系統(tǒng)的性能需求 62.1.2智能充電引導通信系統(tǒng)的技術(shù)要求 62.2工作原理 72.3系統(tǒng)設計 83控制系統(tǒng)硬件設計 103.1計費控制單元的硬件設計 103.1.1TMS320F28335介紹 103.1.2直流電源電路 123.1.3看門狗電路 123.1.4以太網(wǎng)通信電路 133.1.5語音模塊電路 143.1.6EEPROM擴展電路 143.1.7RS485和RS232接口電路 153.1.8直流電壓電流的測量 163.2充電設備控制器的硬件設計 163.2.1主控芯片STM32F103ZET6 163.2.2系統(tǒng)電源 173.2.3CAN接口 173.2.4開關(guān)量輸入輸出電路 184控制系統(tǒng)軟件設計 214.1計費控制單元軟件設計 214.1.1軟件整體結(jié)構(gòu)設計 214.1.2DSP開發(fā)環(huán)境CCS 224.1.3電表通信軟件設計 234.1.4IC刷卡軟件設計 234.1.5其他電路的軟件設計 244.2充電設備控制器軟件設計 254.2.1軟件整體結(jié)構(gòu)設計 254.2.3ARM開發(fā)環(huán)境--KeilMDK 264.3人機交互界面軟件設計 264.3.1操作主界面 264.3.2充電界面 315系統(tǒng)測試 325.1急停功能測試 325.2軟啟動測試 335.3輸出電壓誤差測試 345.4輸出電流誤差測試 345.5充電引導通信系統(tǒng)成本及運營 35結(jié)論 36參考文獻 381緒論1.1研究背景及意義科技發(fā)展的時代，人們對生態(tài)環(huán)境的保護意識越來越強，在節(jié)能減排的號召下，電動汽車的研發(fā)成為聚集的焦點，電動汽車的發(fā)展符合現(xiàn)代生活的環(huán)保理念，逐漸受到社會群體的重視和大力推廣，日常出行的代步工具又增添了一種選擇。新能源技術(shù)的開發(fā)越來越熟練，使用范圍越來越廣泛，結(jié)合天然能源為新能源汽車離線充電，實現(xiàn)環(huán)保的意義，綠色出行已成為社會發(fā)展的趨勢。目前，新能源的發(fā)電技術(shù)還不夠穩(wěn)定，大眾群體為電動汽車充電的方式并不固定，在充電系統(tǒng)的設計方面還有更多的挑戰(zhàn)性。為電動汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)打造一個完善的充電系統(tǒng)，使充電系統(tǒng)與周邊環(huán)境相匹配，讓賴于新能源技術(shù)發(fā)展的電動汽車充電系統(tǒng)，有個適配度更高的設計風格。充電系統(tǒng)的適用度性與廣泛性不能局限于充電設施，要采取企業(yè)研發(fā)團隊的設計策略，遇到問題能夠及時有效的解決，為電動汽車充電設備的實施提供新的方案，為電動汽車充電設備提供商業(yè)價值。隨著電動汽車的普及，駕駛環(huán)境和駕駛里程也在不斷拓展，電動汽車的充電設施不完善，為消費者在駕駛中造成了諸多不便，影響了電動汽車的發(fā)展。在科技背景下，無線充電、車聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)的不斷完善，相信在不久的將來，電動汽車的充電系統(tǒng)將會參與更多的生活服務，體現(xiàn)充電系統(tǒng)的服務性和商業(yè)性。光伏發(fā)電也屬于新能源技術(shù)范圍，在家庭用電領域起著很大的作用，對電動汽車充電設施有無實用性還有待考究。電車汽車的發(fā)展有可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車，但在技術(shù)上和與之匹配的充電設施上，有著相對的難度，遇到瓶頸期是不可避免的，是每個行業(yè)和企業(yè)都面臨過的問題。本文以電氣集成和工程角度為出發(fā)點，對充電系統(tǒng)進行多角度的研究，第一是生產(chǎn)品質(zhì)，第二是制造過程，第三是社會服務，第四是商業(yè)模式。便捷優(yōu)化的充電系統(tǒng)和高效的商業(yè)服務為充電系統(tǒng)帶來歷史上的革新。這是一項具有深遠意義的研究項目，除了對所學知識創(chuàng)新思維的深化外，也是對國家政策的積極響應，更是對國家經(jīng)濟市場發(fā)展的強力支撐。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀從電動汽車出現(xiàn)在大眾視野，走進大眾生活以后，充電問題始終是人們最為關(guān)注的焦點，國內(nèi)企業(yè)也在不停的完善和研發(fā)中?，F(xiàn)在，諸多國家也對充電設備投入了研究，建造了很多充電設備。譬如：電動汽車充電引導通信系統(tǒng)、大型充電站等。1.2.1國外現(xiàn)狀19世紀末，世界首輛電動汽車上市，它是由美國生產(chǎn)的，那時候還沒有充電系統(tǒng)，使用的是傳統(tǒng)的電池充電方式，它是用鉛酸蓄電池作為動力源，使用恒流輸出的車載充電器來為電動車充電，只能通過測定電解液的密度來檢測電流的大小，以確定電動車是否有足夠的電量，保證能夠正常行駛。充電技術(shù)在不斷的發(fā)展，恒流充電也延伸為恒壓輸出，恒壓輸出的充電方式提高了充電的效率，減少了充電的時間，如果和用恒壓電流充電的電動汽車做比較的話，用恒壓電流充電的方法會更好的保護電池，可以延長電池的使用壽命。20世紀中，美國有一位教授分析了利用電池為電動車充電的原理，通過各種實踐以后，找到了一種適合為電池充電的最佳電流曲線，這種研究成果為電池充電技術(shù)的發(fā)展起到了很大的推動作用。20世紀末，發(fā)表了以他自己名字命名的Mass定律，因此，Mass定律為現(xiàn)在充電技術(shù)的發(fā)展帶來了實質(zhì)性的參考和幫助。2011年，美國新能源企業(yè)在紐約市建立了光伏充電站，也是世界首座電動汽車充電站，是以新能源技術(shù)為背景的光伏充電站，具體位置在紐約市的布魯克林，往下俯視著紐約港和曼哈頓，是整個紐約市重要項目之一。2013年，Envision建立了世界第一個集自動化、移動化為一體的獨立光伏充電站-EVARC，這種新型的充電技術(shù)無需建筑和土地面積的支持，直接與國家電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)使用，EVARC的安裝環(huán)境適用于車輛面積大小的停車位中，發(fā)電量為每天16千瓦時，適用于22千瓦時的車載電池儲存設備中。2014年，馬斯克在歐洲建立14個之多的新能源超級充電站，主要利用太陽能發(fā)電，建立獨立電網(wǎng)，在超級充電站中添加電池組固定裝置，確保一天24小時不停充電。2015年12月初，東京研發(fā)了電動巴士充電站，實現(xiàn)了二氧化碳零排放的要求，這種充電系統(tǒng)的實施是架構(gòu)于屋頂?shù)纳戏?，鋪設太陽能電池板，輸出功率為50kW左右，把太陽能發(fā)電的電力儲存至電池板中，通過充電輸出設備快速向電動巴士充電。2016年，世界上最大的充電引導通信系統(tǒng)運營商Charg，在芝加哥推薦了太陽能充電站，這是一種以太陽能為發(fā)電能源的充電站。充電站的操作方式以及組成部分十分簡單，充電站的房頂放置大量太陽能電池板，在地面上放置一批電池組，將兩者連接，太陽能電池板將電直接傳輸至電池組進行儲存，可隨時為電動汽車充電。2020年，德國將在線學習和在線凸面優(yōu)化應用于電動汽車快速充電上，這種充電對通訊要求比較高，通常增加不可逆單向通信。這種充電技術(shù)改變了傳統(tǒng)充電方式，但是在延長電池壽命等方面表現(xiàn)的不太令人滿意。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，2021年美國提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車充電控制策略。將MPPT算法的應用到充電控制系統(tǒng)中，根據(jù)實時需求，從負荷極限調(diào)整充電引導通信系統(tǒng)的峰值負荷，精確控制充電電路的電壓能耗，實現(xiàn)共享汽車的智能充電。這種方法對電網(wǎng)沖擊最小，負荷曲線更加平滑。1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀相比國外，國內(nèi)對于充電技術(shù)的研究相對較晚。直到上個世紀70年代，我國王鴻麟教授在他的書中詳細的介紹了國內(nèi)外過快速充電的發(fā)展狀況，書中主要介紹了恒流恒壓等充電方式，在當時引起了研究者的廣泛關(guān)注。后來王佩玉工程師通過研究自己的專業(yè)課程，將自己的專業(yè)知識應用到充電技術(shù)上，采用微控制器對充電進行控制，從而提高了充電電流的穩(wěn)定性。進入21世紀，國內(nèi)一位大學教授通過對恒壓等充電方式的研究，并對間歇式充電進行改進，提出電壓間歇充電。這種充電的最大特點就是在充電過程充電電流會隨著充電時間增大而減小，每過一個階段，電流改變一次，整個過程單調(diào)遞減趨勢。目前快速充電仍然是研究的熱點，國內(nèi)部分研究學者通過對其他學科的學習將將田口算法、粒子群、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等其他領域算法應用于快速充電。動力電池的不斷更新?lián)Q代以及現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展對研究快速充電起到積極作用。1.3充電站發(fā)展狀態(tài)2012初，上海通用汽車國內(nèi)廠區(qū)建立了首個太陽能光伏充電站，在充電站里，可以隨時利用太陽能，為電動汽車充上足夠的電量。2015年中旬，青海地區(qū)建立了太陽能光伏充電站，引用了最新設備和先進技術(shù)，完成了智能充電引導通信系統(tǒng)和儲電設備的搭建，是國內(nèi)第一座為夜間行駛的電動汽車，提供充電服務的光伏充電站。2016年末，煙臺地區(qū)建立了第一座專業(yè)為電動汽車充電的光伏充電站，并且進入試運營模式，為新能源公交車提供了太陽能充電服務。2017年，上海建立了國內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)最先進、功能最齊全的富電光伏超級光伏充電站，如下圖1-1所示。位于廣場之中現(xiàn)代建筑風格的充電站載體，整體結(jié)構(gòu)分為三層，有弧形、橢圓形等抽象立體圖形組成，建筑身軀全部是由玻璃構(gòu)成，豪華壯觀又不失瑰麗，外形酷似宇宙飛船，充滿現(xiàn)代時尚氣息。充電站共分為三層，第一層為充電廣場，以大型停車場為主，放置多種充電設備，為消費者的愛車提供充電服務，還有各種新車的宣傳發(fā)布活動；第二層為星空咖啡館、VR競技場、VR體驗館等是消費者休閑娛樂的好地方；第三層為星空影院、星空唱吧、辦公區(qū)域等；充電站的設計風格符合現(xiàn)代年輕人的審美，體現(xiàn)了科技與環(huán)保的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了綜合服務一體化。圖1-1上海富電超級光伏充電站太陽能充電站的建立解決了電動汽車充電的難題，是新能源產(chǎn)業(yè)和電動汽車企業(yè)共同發(fā)展的樞紐，新能源發(fā)電模式解決了能源危機，同時也保護了生態(tài)環(huán)境的綠色發(fā)展。至今，光伏充電站還處在綜合示范性運營狀態(tài)，具體是由以下幾點造成的：第一，隨著光伏電站規(guī)模的擴大，適合建設大型電站的土地資源逐漸稀缺。第二，光伏技術(shù)決定光伏充電站通常要采用頂棚形式，國內(nèi)電站設計結(jié)構(gòu)形式單一。第三，能源產(chǎn)量問題。光伏發(fā)電能源的產(chǎn)生，必須要有適合的環(huán)境，只有在白天才能實現(xiàn)對能源的搜集儲存，沒有匹配度很高的系統(tǒng)也不能完成供電需要，在充電高峰期，充電的速度也會減緩。第四，主要設計為大巴車、公交車等提供充電服務，對于私家車主，依然解決不了充電速度慢、排隊、找電站難等問題。1.4主要研究內(nèi)容研究的目的就是設計一種可靠的、性價比高的、并可實現(xiàn)雙車同時充電的直流充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠滿足國家電網(wǎng)充電引導通信系統(tǒng)與電動汽車BMS協(xié)議標準，具備高效及高功率密度，支持雙槍同時充電，具備三相輸入過壓、過流保護、欠壓及短路保護；還具備輸出過壓、過流、短路、過溫及通訊失敗保護等安全措施。具體內(nèi)容如下所示：（1）介紹新能源汽車及充電引導通信系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢，直流充電引導通信系統(tǒng)充電原理及充電流程。（2）詳細論述直流充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件設計，包含兩個部分，一部分是以TI公司數(shù)字信號處理器TMS320F28335作為主控制器的計費控制單元的硬件設計，包括外圍通信接口、刷卡器模塊、以太網(wǎng)通信、語音模塊及EEPROM擴展模塊等；另外一部分是采用STM32F103ZET6作為主控芯的充電設備控制器的硬件設計，其中還包括數(shù)字開關(guān)電路、控制導引檢測電路以及CAN總線接口的電路設計等。（3）詳細論述直流充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件設計，即計費控制單元和充電設備控制器的軟件設計。計費控制單元的軟件設計主要包括電表通信、與充電設備控制器的信息交互軟件、IC刷卡軟件等部分的設計；充電設備控制器軟件主要介紹最為重要的與BMS交互的CAN總線通信軟件的設計。并對其中充電過程中需要特別注意的絕緣檢測流程進行描述。（4）設計人機交互界面，用戶能夠方便快捷的在顯示屏上完成整個充電流程，并能直觀的了解充電引導通信系統(tǒng)的實時運行信息，其中有多種充電方式可供用戶選擇，可滿足不同用戶的需求，極大提升用戶體驗。（5）最后對控制系統(tǒng)的運行及各個功能的驗證進行相關(guān)測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析評價系統(tǒng)的性能。2充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計2.1智能充電引導通信系統(tǒng)充電引導通信系統(tǒng)的使用，為消費者解決了充電難的問題，為生活帶來了便利，為保障充電引導通信系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的正常運行，給消費者提供更多服務，實現(xiàn)市場價值，需要提升其性能要求和技術(shù)要求。2.1.1智能充電引導通信系統(tǒng)的性能需求充電引導通信系統(tǒng)的設計是智能化的，是科技時代的產(chǎn)物，智能充電引導通信系統(tǒng)必須以保護用戶的人身安全和個人隱私為核心，不能泄露客戶的信息情況，充電引導通信系統(tǒng)立于地面，充電時要與汽車連接，兩者之間保持平衡對立面。充電插頭與充電引導通信系統(tǒng)和汽車之間提供連線的作用，當兩者相連時，汽車的控制系統(tǒng)會根據(jù)實際情況進入休眠狀態(tài)，在進行充電時，汽車會顯示處于充電模式，提示客戶禁止駕駛，與此同時充電引導通信系統(tǒng)會自動鎖定汽車充電線，避免插頭松動和人為原因移動，發(fā)生觸電及其它不良后果等等。設計智能充電引導通信系統(tǒng)的時候，應該把充電引導通信系統(tǒng)的感應功能與汽車電池管理系統(tǒng)相互融合，在電池處于充電模式時進行自動管控，當電池充滿以后或發(fā)生故障時，自動斷電開啟保護機制。除此之外，充電引導通信系統(tǒng)應該具備獨立的保護系統(tǒng)，遇到高壓、低壓、短路、高溫時能夠開啟保護模式。充電引導通信系統(tǒng)的操作界面要設計的簡潔易懂、便于操作，充電至飽和狀態(tài)的時候，自動開啟閉環(huán)控制，充電的過程和數(shù)據(jù)信息必須透明化，譬如說，在充電界面顯示充電方式，充電電量等等。充電引導通信系統(tǒng)故障時，充電中斷顯示，故障類型的顯示等，為后續(xù)維修提供參考依據(jù)。掌握智能充電引導通信系統(tǒng)的充電流程，提高充電效率的同時，也要保護電池的使用壽命，智能充電引導通信系統(tǒng)的重要核心部分是充電策略，利用充電引導通信系統(tǒng)的模塊優(yōu)勢，用模塊化策略對充電引導通信系統(tǒng)進行模塊設計，便于將來的維護作業(yè)。2.1.2智能充電引導通信系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）安全性給電動汽車進行充電作業(yè)的時候，一定要有安全機制，用來保證用戶的人身安全，電池的質(zhì)量是很關(guān)鍵的，應該重視的情況有以下幾種：第一種是，汽車通過充電引導通信系統(tǒng)與電網(wǎng)進行連接的時候；第二種是，用戶通過汽車與充電引導通信系統(tǒng)連接的時候；第三種是，充電引導通信系統(tǒng)產(chǎn)生故障時；第四種，遇到惡劣天氣時等。（2）多功能性由于電動汽車行業(yè)處于起步階段，許多充電引導通信系統(tǒng)只能對自己品牌的電動汽車充電，造成資源浪費。因此，設計一種通用充電引導通信系統(tǒng)是非常重要的，這就要求充電引導通信系統(tǒng)的插拔符合新的國家標準《電動汽車導電充電連接裝置》(GB。20234.1-2011)2015年接口要求同時，充電后之間的通信和電動汽車的電池管理系統(tǒng)(BMS)應當依法設計之間的通信協(xié)議標準板導電充電器和電池管理系統(tǒng)的電動汽車(gb27930-2011)2015年，可以建立通信連接不同品牌的車輛和不同類型的鋰離子動力電池充電。（3）高效性充電引導通信系統(tǒng)在同時使用時會影響充電的效率，電動汽車經(jīng)過長途跋涉以后需要補充大量的電能源，與傳統(tǒng)的加油模式相比，充電時長會在市場上略占下風，這是充電引導通信系統(tǒng)需要加強改進的地方。（4）使用方便性由于每次充電操作都涉及充電引導通信系統(tǒng)插頭與汽車的連接，因此充電引導通信系統(tǒng)插頭采用標準的九孔連接插頭應使用。當充電引導通信系統(tǒng)與汽車連接時，用戶無需過多操作干預充電過程，具有良好的人機交互功能。。（5）對電源污染小電動汽車智能充電引導通信系統(tǒng)是一種大功率、非線性的設備，會對電網(wǎng)產(chǎn)生有害的諧波。同時，充電引導通信系統(tǒng)在大負荷運行時，會對其他電氣設備產(chǎn)生影響，因此有必要控制對電源的影響。2.2控制系統(tǒng)工作原理直流充電引導通信系統(tǒng)是為電動汽車提供直流電源的供電裝置，其一般采用固定安裝方式，與交流380V電網(wǎng)連接，輸入電壓采用三相四線式。首先380V交流電進入充電引導通信系統(tǒng)內(nèi)的交流接觸器然后與直流充電模塊相連接。在接收到讀卡器刷卡充電指示后，計費控制單元向充電設備控制器傳遞充電命令，充電設備控制器于是向充電模塊下發(fā)指令輸出直流電對電動汽車動力電池充電。在給電動汽車進行充電時，絕緣檢測是必不可少的步驟，絕緣效果的好壞直接影響到了汽車安全和充電設備的安全，充電前期是充電引導通信系統(tǒng)自動檢測，至于后期，則是由電動汽車檢測，當絕緣電阻數(shù)值小于安全數(shù)值時，充電引導通信系統(tǒng)會做出斷電保護。智能充電引導通信系統(tǒng)計費電表的使用，目的是來進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在電動汽車充電時，通過使用的電量，換算出需要支付的金額，作為收款憑證。智能充電引導通信系統(tǒng)人機交互和計費模塊為控制操作系統(tǒng)，是來達到充電后結(jié)算的目的。智能充電引導通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模塊，它的功能主要是用于存儲充電的數(shù)據(jù)，便于后期維修時進行查詢和統(tǒng)計，智能卡器適用于IC卡充電，充電完后進行支付功能，是為用戶量身打造的快捷方式，用戶在使用充電引導通信系統(tǒng)時發(fā)生故障時，可使用急停按鈕進行斷電操作，如下圖2-1所示。圖2-1直流充電引導通信系統(tǒng)充電示意圖2.3控制系統(tǒng)設計智能充電引導通信系統(tǒng)中的直流充電引導通信系統(tǒng)，在充電效率和充電功率上有很大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在高效率，高速度，更方便三大特點，充電引導通信系統(tǒng)的輸入電壓為三相交流電壓；在輸出時，為電壓、電流大小可調(diào)的直流電，可直接為電動汽車電池組充電。如下圖2-2所示。圖2-2控制系統(tǒng)架構(gòu)圖智能充電引導通信系統(tǒng)的計費模塊，是整個充電系統(tǒng)的核心，是個存儲信息的數(shù)據(jù)庫，也是處理系統(tǒng)故障的紐帶。在按動智能充電引導通信系統(tǒng)開始按鈕為電動汽車進行充電時，通過顯示屏顯示的數(shù)據(jù)，用IC卡刷卡充電或者支付。充電設備控制器作為充電引導通信系統(tǒng)的中樞，一方面接收計費控制單元的控制指令同時將采集的數(shù)據(jù)及報警信息等傳遞給計費控制單元來進行顯示，另一方面又與充電模塊及電動車BMS進行通信，實時控制充電電壓及充電電流，保證整個充電過程的安全及穩(wěn)定性。3控制系統(tǒng)硬件設計3.1計費控制單元的硬件設計智能充電引導通信系統(tǒng)的計費模塊，是直流充電引導通信系統(tǒng)和交流充電引導通信系統(tǒng)的核心部分，相當于人和大腦的關(guān)系，計費模塊不僅支撐著整個充電引導通信系統(tǒng)的運行，與此同時，還要利用其最大優(yōu)勢，對所有數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計和儲存，實時分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進行對故障風險的預警，為保障智能充電引導通信系統(tǒng)的正常運行，計費模塊是否具有可靠性也是用戶的疑惑，除了最基本的人身安全保障以外，充電引導通信系統(tǒng)的保密性質(zhì)也備受關(guān)注，在充電過程中，用戶機密性的信息會不會泄露等，性價比高、保密性好、反應速度快、計算數(shù)據(jù)準確也是計費模塊的基本標準。所以智能充電引導通信系統(tǒng)在設計中采取了性能高的DSP芯片TMS320F28335對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析。計費控制模塊硬件控制了系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的顯示、傳送和儲存。實現(xiàn)人機交互、溫度檢測等，控制單元硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖3-1所示。圖3-1計費控制單元硬件結(jié)構(gòu)圖3.1.1硬件選型TMS320F28335的特點是具有高性能32位浮點DSP控制器，與傳統(tǒng)的定點DSP相對而言，主要具有三大特點：第一個特點，是精密度高；第二個特點是：功率消耗??；第三個特點是，高性能等，如下圖3-2所示，圖3-2TMS320F28335硬件結(jié)構(gòu)圖高達1500MHz的主頻率（2）（FPU）的單精度（3）ROM的數(shù)值是256K×16位片內(nèi)；RAM的數(shù)值是34K×16位片內(nèi)（4）FLASH存儲器的數(shù)量是128K×16（5）可以通過1M字節(jié)找到外部數(shù)據(jù)存儲器接口（6）分別有16和12的通道和ADC（7）2個16位和3個32位的定時器（8）1個實現(xiàn)硬件的SPI接口和3個SCI（9）CAN通信接口和正交脈沖編碼器各2個（10）有18個PWM輸出和6個完全比較單元以及3個捕捉單元3.1.2直流電源電路+12V、+5V、+3.3V和+1.9V是我們計費中需要用到的直流電源供電的單元，且+12V，+5V的功能是輸出。3.3V和1.9V兩個電壓是TMS320F28335運行的必要條件，同時還為IO進行供電，為了安全還應該在IO上安裝引腳上電。TPS767D301是本設計主要采用的LDO的輸出芯片，它可以為2路輸出帶來1A的最大電流，兩路電壓分別為3.3V和1.9V，是通過外圍電阻進行調(diào)解的，我們根據(jù)TPS767D301數(shù)據(jù)手冊計算出可以下公式：如圖(3-1)所示其中，=1.9V，內(nèi)部參考電壓值為一常數(shù)：如圖(3-2)所示根據(jù)以上數(shù)據(jù)我們得出了以下結(jié)論：如圖(3-3)所示圖3-3TPS767D301電路原理圖3.1.3看門狗電路外部看門狗電路的設計對于提高抗干擾能力有著至關(guān)重要的作用，我們采用美國IMP公司制作的IMP706T芯片，作為本設計的看門狗電路，其芯片具有功能多，耗能低等優(yōu)點，同時還具備定時和監(jiān)視的作用，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，它可以自動復位，芯片復位后的正常運行離不開系統(tǒng)中的WDI系統(tǒng)。如果1.6s沒有觸發(fā)看門狗的輸入，那么它就會自動產(chǎn)生復位信號，其具體原理我們可以通過下圖來看。圖3-4分析看門狗電路示意圖3.1.4以太網(wǎng)通信電路由于充電引導通信系統(tǒng)安裝有時會比較分散，可能會分布在若干個區(qū)域，這就需要一個后臺監(jiān)控系統(tǒng)來進行集中管理。整個監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通信將各充電站內(nèi)所有充電引導通信系統(tǒng)運行狀態(tài)、報警數(shù)據(jù)、電能消耗情況等信息實時匯總并分類統(tǒng)計進行顯示，同時系統(tǒng)還具有遙控、遙信、遙測等功能。采用了W5500以太網(wǎng)控制器來實現(xiàn)以太網(wǎng)通信電路，W5500應用電路如圖3-5所示。圖3-5W5500電路原理示意圖W5500達成了TCP和IP的協(xié)議，這使得客戶在使用過程時對網(wǎng)絡連接進行很好的拓展，其實采用SPI總線對外部控制器進行通信，同時可以達到高達80MHz的通信速率，進而達到高效的目標，在降低能耗的方法選擇中，W5500采用了WOL和掉電模式來進行。同時，通過HR911105A來解決與外界的通信問題。3.1.5語音模塊電路設計采用了具有人性化的WT588D016語音芯片和NJM386音頻放大器來增強人們的體驗感，同時這樣的設計更能讓人們更快的愛上它。WT588D016是一款可編程的單片機，支持2M～128Mbit的SPI-Flash存儲器，同時還具備可重復擦除燒寫的強大功能；（1）具備PWM和DAC的輸出方式（2）具備WAV音頻格式的加載；（3）具備加載采樣率音頻；（4）具備試聽已加載語音播報的功能；下圖3-6是語音模塊電路的設計方案。圖3-6語音模塊電路設計3.1.6EEPROM擴展電路充電引導通信系統(tǒng)對于電壓電流的參數(shù)、IC卡信息等數(shù)據(jù)需要記錄，那么安裝一個功能強大的具有存儲功能的存儲電路是很有必要的，EEPROM存儲電路就是它的不二之選，該存儲電路是由一款64K的可擦除芯片，同時通過CPU與SPI進行通信來運行的，該芯片有一個保持管腳的通道(HOLD)[33]，它可以為高電恢復運行提供幫助，且有共享的功能，下圖就是該電路示意圖。圖3-725LC640電路所設計方案3.1.7RS485和RS232接口電路本設計是由兩路RS485接口組成，它們分別負責通過計費電表來查看電樁電量的使用情況和電樁控制器的通信工作，同時傳遞出電壓電流以及報警系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，以上功能都是通過MAX3485通信芯片來完成的。同時并聯(lián)了兩個TVS管用來抑制過壓瞬變現(xiàn)象，以及添加了一個120歐姆的阻抗匹配電阻，來解決信號反射等問題，如下圖所示。圖3-8RS485串行通信電路原理示意圖電路通過兩路獨立的RS232接口，來完成觸摸屏人機的交替和與IC卡讀卡器的通信工作，電平的轉(zhuǎn)換則是由MAX3232來完成，為了滿足該電路的需求，MAX3232同樣也是有著兩個獨立的RS232接口，圖3-9是設計方案。圖3-9RS232電路設計圖3.1.8直流電壓電流的測量通過DJSF719-NZ1單相直流電表來完成對電壓和電流的測量是本設計的一大亮點，直流充電的電壓可以通過電表直接獲取，同時串聯(lián)一個分流電阻，并通過分流電阻轉(zhuǎn)變成電流進行參考。DJSF719-NZ1單相直流電能表，規(guī)定其電壓為75mV，分流電阻的測量是通過0.75mΩ進行的，測量的電流最大值為100A，滿足了充電電流的最大標準。3.2充電設備控制器的硬件設計計費控制單元、充電模塊以及數(shù)據(jù)出入量的檢測是由充電控制器來完成的，充電設備控制器是由3路CAN通信接口組成的，第一路是與充電模塊進行通信，余下兩路分別與汽車的BMS1和BMS2進行通信，通過其信息的交換，來采集出汽車充電所需要的電壓和電流。然后反饋給充電模塊，由其進行電壓電流的輸出工作。充電控制器中的兩路RS48，分別完成了對充電過程中所產(chǎn)生的電壓電流的傳遞工作和交直流絕緣監(jiān)測模塊通信工作，以此來進行計費單元充電和停止充電的控制以及檢查汽車絕緣性情況的工作。并在出現(xiàn)故障的第一時間，對其進行保護等措施。監(jiān)測8路開關(guān)的輸出和9路開關(guān)的輸入工作也是其具備的一項功能，同時還具有對2路電磁鎖和2路PT100進行測溫的功能，以及各部件指示燈，接觸器的檢測功能等，下圖是該硬件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-10充電設備結(jié)構(gòu)示意圖3.2.1主控芯片STM32F103ZET6STM32F103ZET6作為充電設備的主要控制芯片，是在ST公司開發(fā)ARM核心的32位微控制器基礎上開發(fā)出來的，它擁有穩(wěn)定和最高72MHz的工作頻率，特征如下：（1）存儲器具有512K字節(jié)的閃存功能；（2）EEPROM也擁有4K字節(jié)（3）SRAM有最高64K字節(jié)的內(nèi)部；（4）4個預分頻器和8位計數(shù)器；（5）5個USART接口；（6）I2C接口有兩個；（7）CAN接口有一個；（8）SPI接口有三個；（9）12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器有三個；（10）控制電機的兩個16位PWM高級控制定時器；（11）USB2.0全速接口有一個。3.2.2系統(tǒng)電源充電控制器需要的電源是+12V、+5V以及+3.3V，+12V，+5V具有電源輸出的功能，下圖是+3.3V電流輸出示意圖，具備精度高、線性好等特點，NCV1117ST33T3G作為LDO型的穩(wěn)壓芯片，可以提供最大1A的電流輸出。圖3-113.3V電路設計圖3.2.3CAN接口充電模塊、以及BMS1和BMS2的通信，是由3路CAN接口完成，芯片STM32F103ZET6卻只有1路接口，這就需要通過其它方式來進行CAN接口的擴展，本電路是通過控制器MCP2515來進行擴展的，同時滿足了CANV2.0B的規(guī)范要求，其內(nèi)部有6個分別控制濾波和屏蔽功能的寄存器，可以把一些垃圾文件過濾掉，以此來減少主控制器的工作量，SPI是實現(xiàn)MCP2515與MCU連接的必要條件，同時SPI接口可以擴展多個不同信號的CAN控制器，下圖是MCP2515擴展圖。圖3-12MCP2515電路擴展設計圖A82C250滿足了CAN的收發(fā)功能，同時作為Philips公司研發(fā)完成一款高性能的收發(fā)器，它具有自動的調(diào)整斜率和電流大小的功能，下圖是該收發(fā)器的原理圖。圖3-13CAN收發(fā)器原理圖電磁干擾會影響通信質(zhì)量，所以在CAN控制器和收發(fā)器之間我們設置了一個屏蔽電路，屏蔽電路的安裝是選用了ADuM1412芯片來完成的，為了能夠達到最佳效果，同時設計了兩個獨立的電源來輔助完成。下圖是磁耦隔離電路的設計方式。圖3-14磁耦隔離電路設計分析圖3.2.4開關(guān)量輸入輸出電路直流接觸器、電磁鎖以及充電指示燈都是充電設備控制器的主要功能，同時還兼?zhèn)渚o急事件的急停工作和溫度的控制工作，TLP127的使用，有效的解決了開關(guān)量信號的隔離問題。下圖是運行原理示意圖。圖3-15關(guān)于開關(guān)量進出示意圖3.2.5控制導引檢測電路下圖是充電槍與汽車連接狀態(tài)的判斷裝置圖。圖3-16充電槍與汽車連接示意圖上述功能的通過是需要檢測R3的阻值，來確定地線的連接是否正確，當充電引導通信系統(tǒng)可以對汽車進行充電時S1閉合，當汽車可以接受充電引導通信系統(tǒng)充電時，則S2閉合，這兩個裝置任何一個發(fā)生了斷開現(xiàn)象，就會導致充電引導通信系統(tǒng)不工作，通過上圖不同狀態(tài)下對各部位進行檢測從而得出了不同的電壓值，設計方案中是通過對比電壓的方式來檢查充電裝置是否連接正確，如下圖所示。圖3-17控制系統(tǒng)電路檢測示意圖從電阻的分壓中得到了電壓的固定值，比較器會在檢測點電壓不同時與參考電壓做對比，從而通過光耦后的GPIO輸出電量的大小，來確定連接狀態(tài)。4控制系統(tǒng)軟件設計直流充電引導通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，不僅僅要依靠出色的硬件設計，還需要軟件設計的合理及嚴謹，硬件和軟件相輔相成、缺一不可。充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件設計包含計費控制單元和充電設備控制器兩個底層軟件設計，其中包含比如CAN、RS485等各個模塊的軟件編寫。4.1計費控制單元軟件設計4.1.1軟件整體結(jié)構(gòu)設計作為整個系統(tǒng)的核心設計，計費系統(tǒng)在整個設計結(jié)構(gòu)中承擔著承上啟下的重要位置，通過采集電能表內(nèi)部的實時數(shù)據(jù)，以及完成IC卡的刷卡和計費功能，來下達對充電設備控制器的指令，充電控制系統(tǒng)之所以很方便，是因為它采用了C語言的編寫方式、和遵循了模塊化的編程思想、大大提高了代碼的易懂性，同時也為后期的升級維護提供了巨大的便捷。與充電設備控制器的通信、讀卡器子函數(shù)以及和外部EEPROM的讀寫函數(shù)等都是計費控制單元的設計亮點。下圖是該程序示意圖。圖4-1關(guān)于系統(tǒng)使用流程圖4.1.2DSP開發(fā)環(huán)境CCS計費控制單元由于采用TMS320F28335，所以軟件開發(fā)在基于CCS（CodeComposerStudio）開發(fā)環(huán)境下進行的。CCS將軟件仿真、硬件調(diào)試以及實時跟蹤等功能融于一體，為軟件開發(fā)者提供了便利。CCS軟件的性能特點如下：（1）執(zhí)行代碼、反匯編等的裝入功能；（2）匯編器、編譯器和鏈接器同時運行等；（3）加亮語法顯示，方便發(fā)現(xiàn)問題所在；（4）斷點的設置和觀察點的調(diào)試功能；（5）將運算結(jié)果和數(shù)據(jù)通過圖形顯示出來；（6）全功能、可視化的編輯器功能；（7）仿真器和模擬器可以很好的進行模擬和監(jiān)視工作4.1.3電表通信軟件設計RS485標準串行很好的將計費控制單元和電表連接在一起，并在滿足DL/T645-2007通信制度的前提下，進行數(shù)據(jù)交換（1）關(guān)于字節(jié)跳動格式的問題根據(jù)規(guī)定，字節(jié)在傳輸過程中，在基本的8位二進制碼中還要增加3位字節(jié)，共計11位，下圖示意了其傳輸序列表，D1和D7分別作為最低和最高位在傳輸過程中要遵循由低到高的規(guī)則。圖4-2字節(jié)傳輸格式（2）關(guān)于幀格式問題從機在接受從總機下達的命令后開始工作，這一傳輸過程是由幀在完成，幀是代表信息傳輸中的基本單元。幀就是其數(shù)據(jù)的格式。下表4-1所示。表4-1關(guān)于幀格式示意表說明代碼幀起始符68HA0地址域A1A2A3A4幀起始符控制碼數(shù)據(jù)域長度數(shù)據(jù)域校驗碼結(jié)束符68HCLDATACS16H4.1.4IC刷卡軟件設計在識別用戶IC卡后，RS232會通過與計費單元的互通，同時在此過程中控制板會通過對ESAM密鑰的讀取后，和IC卡進行數(shù)據(jù)交換，從而進行充電工作，以下是IC卡扣費示意圖，充電引導通信系統(tǒng)只具備結(jié)算功能而不具備充值功能，需要充值的話，可以到充電引導通信系統(tǒng)管理公司進行充值繳費。圖4-3IC卡扣費流程示意圖4.1.5其他電路的軟件設計（1）關(guān)于觸摸屏顯示軟件的設計DGUS觸摸屏作為本設計的顯示部件，其人機界面的設計是通過PC軟件來完成的，通過存儲器的代碼，可以有效的將人機交互和控制器分開，它具有以下特征：（1）無操作系統(tǒng)，可靠、穩(wěn)定；（2）通過PC軟件來實現(xiàn)操作的簡單化和功能的豐富化；（3）5條簡單的代碼即可實現(xiàn)人機交互；（4）根據(jù)需求隨意設置設計界面。（2）時鐘和數(shù)據(jù)的實時存儲功能I2C作為DS1302的通訊方式，同時TMS320F28335內(nèi)部有I2C總線接口，可以采用I/O口來代替I2C，這樣做的弊端就是一方面增加了設計量，另一方面造成了其不能穩(wěn)定運行的狀況。McBSP接口是作為TMS320F28335功能內(nèi)部的一個多通道緩沖串行接口，它是在I2C和SPI總線資源不夠時，充當輔助接口的，并使得DS1302通信得以解決。同時I2C總線通信大大的提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（1）芯片的初始化和讀寫操作的三部分子函數(shù)是DS1302的主要功能，基本的工作模式和配置等是初始化函數(shù)完成的，通過配置完成的McBSP總線去讀取寄存器的數(shù)據(jù)并對其進行分析整理，是DS1302讀操作的任務，BCD碼形式是對于DS1302內(nèi)部日期和時間的一種表現(xiàn)形式，而星期寄存器只需要用一位數(shù)字來代替就可以。那么就需要將寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼和ASCII碼進行儲存。DS1302寫操作主要是滿足系統(tǒng)對時的需要，也就是需要對內(nèi)部時間參數(shù)進行重置。同樣為了易于操作和計算，要把需要修改的日期、時間參數(shù)表示的ASCII碼轉(zhuǎn)換為BCD碼寫入到DS1302寄存器內(nèi)。（2）25LC640采用SPI與主機進行通信，工作時只需要4根線，分別為SI、SCK、SO、CS。HOLD管腳導致于25LC640和其它設備產(chǎn)生了區(qū)別，所有輸入信號除了CS都可以通過管腳對其進行忽略，同時它還具有暫停通信的功能，在多個從設備共享一個SPI總線的情況下，它的優(yōu)勢就被很大程度的凸顯了出來。4.2充電設備控制器軟件設計4.2.1軟件整體結(jié)構(gòu)設計計費系統(tǒng)的解碼，主要是由充電設備控制器和計費控制單元二者完成的，在通信協(xié)議的規(guī)定下，采取了一問一答的模式，對信息進行互通，通過CRC16的驗證方式來確定通信之間的精準性。BMS及充電模塊的互通，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時上傳，以及保護功能，數(shù)據(jù)包括，電壓電流值以及汽車內(nèi)部電池組的實際狀況，單體電壓的最高和最低是檢查電池是否充滿的科學依據(jù)，其中電池在充電時的溫度等，也是檢查安全性的重要條件。計費控制單元的通信、電動汽車BMS的CAN通信以及數(shù)字開關(guān)量檢測模塊、與充電模塊的CAN通信等是組成充電設備控制器的主要軟件，下文主要介紹了BMS和CAN關(guān)于通信方面的設計。4.2.2BMS的CAN通信軟件設計采用了傳輸率為250kbps的CAN控制器，符合CAN2.0B的標準，同時支持擴展29位標志符，且存在于STM32的內(nèi)部集成。CAN控制有兩種發(fā)送信息幀的方式，分別是數(shù)據(jù)幀和遠程幀的發(fā)送，在數(shù)據(jù)被寫入指定郵箱的數(shù)據(jù)區(qū)后，若是有相應的請求功能出現(xiàn)，則數(shù)據(jù)幀被成功的發(fā)送到了CAN總線上，同時，數(shù)據(jù)區(qū)可以通過軟件進行重設。軟件編寫包括CAN初始化、CAN接收數(shù)據(jù)函數(shù)、CAN發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)等。初始化用來實現(xiàn)CAN工作的參數(shù)設置，比如工作方式的設置、始終輸出寄存器的設置、總線定時器的設置、中斷寄存器的設置及總線波特率的設置等。把對應的信息幀放在對應的接收緩沖區(qū)內(nèi)是CAN總線要完成的主要工作，它采用了中斷處理的方式來輔助系統(tǒng)運行，根據(jù)優(yōu)先級的區(qū)別，程序會做出不同的指令，同時根據(jù)指令來處理相關(guān)事宜。當檢測完充電引導通信系統(tǒng)與汽車之間的有效連接后且電壓屬于正常值后，充電設備會以250ms的速度向BMS發(fā)送CHM報文，同時在收到報文后同樣以250ms的速度向充電引導通信系統(tǒng)發(fā)送BHM報文，這個期間，若超過5s沒有接收到來自己對方的報文，充電引導通信系統(tǒng)就會結(jié)束充電工作。4.2.3ARM開發(fā)環(huán)境--KeilMDK在編寫ARM程序的過程中，開發(fā)了KeilMDK這一語言編譯器，其主要特點有：（1）ARMC/C++編譯工具鏈的領頭者（2）TCP/IP網(wǎng)絡套件的配置，使得它可以支持多種協(xié)議以及應用軟件（3）擁有USB設備和USB主機棧（4）給用戶提供了完善的GUI庫支持（5）可以完善代碼覆蓋率信息（6）為程序最優(yōu)化提供支持和幫助（7）通過大量案例，讓你快速熟悉MDK-ARM的強大4.3人機交互界面軟件設計4.3.1操作主界面如下圖所示，這是充電引導通信系統(tǒng)通電后顯示的主界面，此時充電引導通信系統(tǒng)是屬于非工作狀態(tài)，表示可以為汽車提供服務。圖4-4關(guān)于充電引導通信系統(tǒng)的充電主界面由圖可以看出，充電引導通信系統(tǒng)的配置了兩個充電槍，這就代表兩臺車可以同時在此電樁進行充電，屏幕同時還顯示了充電引導通信系統(tǒng)可以為汽車提供的最大電流以及范圍，通過對比自己汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)，看是否符合，如果滿足汽車對于電流的要求，就可以進行充電了。下圖是關(guān)于密碼輸入的界面，當系統(tǒng)檢測到IC卡后，會自動跳入到密碼界面，在正確輸入號密碼后，就可以進入到充電界面，途中IC卡號是在讀取IC卡信息后，自動顯示的，且可以用于修改IC卡的信息。圖4-5充電引導通信系統(tǒng)的密碼輸入界面通過下圖可以看出，它是充電方式的選擇界面，可以通過自己的需要對充電引導通信系統(tǒng)上顯示的4中模式進行選擇，在選擇完模式之后，充電引導通信系統(tǒng)就會自動充電，當SOC（電池的荷電狀態(tài)，StateofCharge，簡稱SOC）顯示100%時，就代表完成了充電，此時充電引導通信系統(tǒng)會自動關(guān)閉電源。圖4-6充電方式的界面在界面上輸入需要充電的金額，系統(tǒng)會自動根據(jù)金額計算出所需要充的電量來進行充電，在界面上輸入電量，系統(tǒng)同樣會根據(jù)電量計算出需要多少錢，然后開始充電，在界面上輸入時間，系統(tǒng)會根據(jù)用戶設定的時間進行充電，這是三種充電方式的流程，當滿足用戶輸入數(shù)據(jù)的要求后，充電引導通信系統(tǒng)則會自動切斷電源。計費的部分源代碼如下所示：modulejf(lch,jishi_1,fee);inputlch,jishi_1;outputfee;reg[13:0]fee;wire[7:0]lch;wire[7:0]jishi_1;always@(lch,jishi_1)beginif(lch[7:0]>8’b00000010)beginif(jishi_1[7:0]<8’b00000010)beginfee[4:0]={1’b0,lch[3:0]}+5’b01000-5’b00010;fee[9:5]={1’b0,lch[7:4]};fee[13:10]=4’b0000;if(fee[4:0]>5’b01001)beginfee[4:0]=fee[4:0]-5’b01010;fee[9:5]=fee[9:5]+5’b00001;endendelsebeginfee[4:0]={1’b0,jishi_1[3:0]}+{1’b0,lch[3:0]}-5’b00001+5’b01000-5’b00010;fee[9:5]={1’b0,jishi_1[7:4]}+{1’b0,lch[7:4]};fee[13:10]=4’b0000;if(fee[4:0]>5’b10011)beginfee[4:0]=fee[4:0]-5’b10100;fee[9:5]=fee[9:5]+5’b00010;endelseif(fee[4:0]>5’b01001)beginfee[4:0]=fee[4:0]-5’b01010;fee[9:5]=fee[9:5]+5’b00001;下圖可以看出，在選擇根據(jù)電量進行充電的過程中，界面左側(cè)會顯示IC卡的余額以及余額可以給電車充多少電，而右側(cè)，則是需要輸入本次所需要充電的量，在輸入完成后可以點擊確定，這樣系統(tǒng)就會自動切換到下一個界面。圖4-7關(guān)于充電引導通信系統(tǒng)電量設置的界面圖4-8所示界面提供了手動自動方式的選擇。如果點擊“手動設定充電”按鈕，界面轉(zhuǎn)入圖4-9所示界面，如果點擊“自動智能充電”將按自動充電方式進行充電，該充電方式下，系統(tǒng)將立即開始充電，如果系統(tǒng)未出現(xiàn)故障，也沒有人為中止充電，則將會在電池充滿后自動停止充電。圖4-8手自動選擇界面進入手動控制參數(shù)設定界面后，可以輸入本次充電的最大充電電壓以及最大充電電流，這是為了解決某些電動汽車或者電動公交車與充電引導通信系統(tǒng)電壓不匹配問題，盲目充電會對汽車電池組或者充電引導通信系統(tǒng)本體造成一定的危害。圖4-9手動參數(shù)設定界面上圖中點擊確定后會進入充電啟動方式選擇界面如圖4-10所示，立即啟動是對已經(jīng)連接好的電動汽車進行立刻充電。但是在施行電費階梯價格后，車主為了節(jié)省資金往往選擇一天中電價較為便宜的時間段進行充電，而這個低谷時間段一般是在后半夜。所以為了解決車主不用熬夜等待充電的問題，特地增加了預約充電這一功能。圖4-10啟動方式選擇界面點擊預約啟動后，會出現(xiàn)如圖4-11所示的界面，此界面是客戶設置充電預約時間的。頁面中預約時間為分鐘，所以必須正確換算預約時間，避免造成換算錯誤而導致無法按時充電。圖4-11預約時間設置界面時間設定后，按“確定”后會顯示如圖4-12所示界面，此界面是對上面設定的預約時間倒計時顯示的。圖4-12預約倒計時界面4.3.2充電界面系統(tǒng)會在倒計時結(jié)束后開始充電，如下圖所示，可以清楚的看到充電時的電壓、電流以及時間，并且根據(jù)頁面上萬能表顯示的數(shù)據(jù)，可以看到SOC在使用過后的數(shù)據(jù)，當期數(shù)據(jù)為100%時，就代表電池已經(jīng)完成了充電。圖4-13充電引導通信系統(tǒng)的充電界面上圖可以看到有一個結(jié)束充電的圖表，意思就是，在充電過程中，如果有結(jié)束充電的需要，那么就可以點擊它，從而系統(tǒng)會自動進入到結(jié)算頁面。充電引導通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件設計包含計費控制單元和充電設備控制器兩個底層軟件設計，其中包含比如CAN、RS485等各個模塊的軟件編寫，計費控制單元軟件和充電設備控制器軟件以第三章的硬件為基礎，以模塊化形式進行設計。人機交互界面包含整個充電流程各個主要頁面，突出了友好的人機交互過程。5系統(tǒng)測試通過建立數(shù)學模型并選擇MATLAB作為仿真工具。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡通過對權(quán)值的調(diào)整以及對參數(shù)優(yōu)化，得到了對PID三個參數(shù)kp、ki、kd的三個參數(shù)決策表，并將參數(shù)寫到控制器的存儲器中，控制系統(tǒng)在工作時可以隨時讀取程序。將控制算法與PID控制、模糊PID控制進行仿真，并對結(jié)果進行對比分析，整個仿真模型如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)仿真整體圖5.1急停功能測試為了提高控制精度，本文采用利用增量式的方法獲取的PID，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器的初始值。利用Matlab/Simulink搭建仿真平臺，采用讀寫方便的S函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的運算與控制，該方法方便可靠又避免了使用源代碼的帶來的麻煩。在快速充電階段過程，根據(jù)馬斯充電曲線，充電電流會隨著充電時間而減小，因此為了模擬實際的充電狀態(tài)，在充電進行到34秒時，控制系統(tǒng)要求將充電電流減小到90A以下，充電引導通信系統(tǒng)連接負載，并設置在額定電壓下運行，要求在急停操作情況下，充電引導通信系統(tǒng)應能在200ms內(nèi)斷開直流輸出，且輸出電壓應在1s內(nèi)降至60V以內(nèi)。測試波形如圖5-2所示。圖5-2急停測試波形圖下表是測試結(jié)果示意表表5-1關(guān)于急停實驗的測試數(shù)據(jù)狀態(tài)輸出電壓輸出電流輸出降至60V時間急停操作494.9V79.88A14.8ms從檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，充電引導通信系統(tǒng)只用了14.8ms的時間，就把電壓降低到了60V內(nèi)，達到了對于設計的要求。5.2軟啟動測試在充電引導通信系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)狀況時，軟啟動就可以很好的保護的車內(nèi)裝置，所以電壓輸入要遵循，從低到高的規(guī)范，在連接負載的同時，設定好額定電壓的條件下運行，同時通過示波器來檢測輸出波形，輸出的電壓穩(wěn)定時間在(3~8)s，波形測試結(jié)果如下圖所示。圖5-3軟啟動波形測試圖下圖是測試結(jié)果示意表。表5-2軟啟動測試數(shù)據(jù)狀態(tài)輸出電壓輸出上升時間軟啟動500V5.7s從上表可以看出，電壓從輸出到穩(wěn)定時間為5.7s，達到了的設計標準。5.3輸出電壓誤差測試在電壓穩(wěn)定不變輸入的過程中，充電引導通信系統(tǒng)在恒壓下帶負載運行的同時，設定輸出電壓為額定電壓的50%，然后根據(jù)充電引導通信系統(tǒng)輸出電壓U的量，正常情況下其誤差是在±0.5%。測試結(jié)果示意表表5-3關(guān)于測試電壓誤差的實時數(shù)據(jù)序號U0(V)U(V)△U（%）1400400.80.202450451.20.273500501.50.304550549.20.155600601.30.226650651.60.257700699.10.138750748.60.19在設定不同輸出電壓的電壓值時，可以通過表格發(fā)現(xiàn)，其誤差都是在±0.5%內(nèi)，是符合設計要求的。5.4輸出電流誤差測試在電壓穩(wěn)定輸入不變的情況下，充電引導通信系統(tǒng)在恒流帶負載運行的同時，通過設定電壓的中間值，來檢測電樁的實際輸出電流Iz，在設定電流為≥30A時，正常情況的誤差是在≤±1%。設定電流為<30A時，正常誤差是在≤±0.3A。測試結(jié)果示意表。表5-4關(guān)于測試電流誤差的實時數(shù)據(jù)序號I0(A)I(A)△I（%）11515.10.6622019.90.5032525.20.7943030.30.9954040.30.7464545.40.8875049.60.8185555.30.5496060.40.66107070.20.28由圖可知，在設定范圍內(nèi)的任何電流值時，其誤差都在標準范圍內(nèi)，同樣達到了設計標準。5.5充電引導通信系統(tǒng)成本及運營據(jù)估算，建設一個充電引導通信