宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：小區電瓶車充電難的問題在小區里時常存在，本項目設計一個電動自行車智能充電平臺控制系統，夠解決當前小區物業管理電動車充電問題，該系統以 STM32F103ZE 芯片為核心主控部分，主要實現充電樁的計費功能、充電功能、手機APP 控制功能以及防護等功能。經過大量實踐證明，該充電站降低物業管理難度，方便用戶使用。
關鍵詞：智能充電平臺 STM32F103ZE 藍牙模塊 智能控制 控制系統 手機 APP
由于近年來電動自行車的增長速度過快，充電需求急劇增加，用戶對于充電的便捷性與性的關注，使得本充電平臺的市場潛力巨大。
目前市面上大多電動自行車充電器采用刷卡投幣式充電站，數量不說，投幣還給人帶來不便，管理也給人帶來不便，不人性化。根據市場需求，本項目能夠解決當前小區物
業管理電動車充電問題，同時利用該充電站降低物業管理難度，方便用戶使用。該項目基于互聯網 + 的智能充電平臺，對于用戶注冊，物業授權就可以充電。充電方式可以選擇按月或按充電時間進行收費，系統自動結算、無需投幣。項目創建初期，在蘇州相關小區先進行推廣，計劃將覆蓋全蘇州。
1.1 設計方案
本設計主要運用 MUC 控制的靈活性，通過輸出的電壓測量采集電池組的工作狀態，根據電池組電壓的大小確定充電方式，實現充電樁的計費、充電、溫度檢測等多個信號的感測，
防止事故的發生。
1.2 硬件設計
本設計基于 STM32 為主控芯片的智能充電平臺，本系統主要由 STM32F103ZE 單片機最小系統、藍牙模塊、控制模塊、保護系統、以及手機 APP 組成，通過藍牙模塊與手機 APP進行通信。圖 1 為智能充電平臺系統結構圖。
該系統通過 STM32 平臺實現對充電樁的控制，實現充電樁的計費，充電功能，且通過溫度、光線多個模塊感測，防止事故的發生。
溫度感應模塊，實時感應，溫度過高報警，發生火災及時斷電 ；藍牙傳輸模塊，充電樁與上位機之間信息的傳輸 ；光線感應模塊（拓展，車棚內），識別當前環境的明暗程度，決定是否開燈 ；檢測功率模塊，防止一頭多用的情況，功率異常發生警報，防止功率過大發生火災。繼電器控制模塊，控制充電頭的開關與單片機起隔離作用。
2.1 藍牙模塊
藍牙模塊采用 CH05 芯片，單片機給之供電，硬件系統部分是通過藍牙與 APP 取得通信的，藍牙傳輸采用的是單片機串口功能，分別是 RX 和 TX，而圖中 TX 是發送信息，RX 是用來接收信息的。其中 TX 對應著單片機的 PA10 接口，RX 對應著單片機的 PA9 接口 . 將單片機藍牙設置為主模式，手機APP 端為從模式。實現單片機與手機 APP 之間數據傳輸功能。圖 2 為藍牙模塊電路原理圖。方案及存在的問題.
2.2溫度、光線、功率檢測電路
本設計溫度檢測部分采用的溫度傳感器模塊是DS18B20，給DS18B20提供一個3.3V 的電源，同時還在電路中加載一個10K的上拉電阻。DS18B20傳感器1接單片機PB6口，DS18B20 傳感器 2 接單片機 PB7 口，該模塊功能就是采集加熱膜裝置上的溫度值，通過信號線再傳給單片機，便于單片機實時與上位機進行數據傳輸，從而能將溫度值實時在上位機顯示并且畫出溫度變化趨勢圖。圖 3 為溫度檢測電路圖
本設計光線檢測模塊利用光敏電阻對環境光線來檢測周圍環境的光線的亮度，觸發單片機或繼電器模塊等。在環境光線亮度達不到設定閾值時，DO 輸出高電平，當外界環境光線超過設定的閾值時，DO 輸出低電平 ；DO 輸出端可以與單片機直接相連 ；通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環境的光線亮度改變 ；模擬量輸出 AO 可以與 AD 模塊相
連，通過 AD 轉換，可以獲得環境光強更準確的數值。圖 4 為光敏檢測電路原理圖。
2.3 驅動及功率檢測模塊
本設計電流檢測模塊直接并聯在繼電器其中一條線路中，輸出端接單片機 IO 口讀數，其中只使用了一路繼電器，另一路閑置，為后期擴展留有余地。其中PA5口接的是控制端1。
圖 5 為驅動電路以及電流檢測模塊原理圖。
3.1 主程序設計
本設計軟件部分的主程序設計流程如圖 6 所示，首先進行系統初始化，包括對系統時鐘配置、延時、NVIC 中斷配置、LED 引腳配置與各個模塊的初始化等。初始化完成后，顯示初始界面，同時系統開始采集數據，等待顧客充電，待有充電指令時，繼電器閉合，開始充電，當采集數據出現危險信號，繼電器斷開，斷電 ；當充電結束，收到結束指令
3.2 顯示程序設計
本系統顯示模塊主要分為兩部分，一部分是正常的待機顯示界面，另一界面則顯示充電中界面，顯示充電信息，充電時長，充電狀態等，并不會顯示用戶個人信息，用戶個人信息會顯示在自己手機 APP 上，保護用戶隱私。圖 7 為顯示程序設計流程圖。
3.3 藍牙程序設計
本系統藍牙模塊主要用來實現單片機與手機 APP 之間的通信，藍牙的 RX、TX 與單片機 TX、RX 相連，發送字符串，手機 APP 通過藍牙發給單片機相應指令（開始充電，充電定時等），單片機相應的發給手機充電樁的狀態。圖 8 藍牙程序流程圖。
3.4 溫度檢測程序設計
系統的溫度是 DS18B20 傳感器采集來的。先在系統初始化部分初始化了引腳，使用的是 STM32F303CCT6 芯片的 PB6 引腳，先復位 DS18B20，然后等待其回應，當檢測到 DS18B20 存在時，發送跳過 ROM 指令 , 接著從 ROM 中讀取指令，接著進行溫度轉換，然后在進行數值處理，發送給主控芯片。圖 9溫度檢測流程圖。
整個系統供電后，各個模塊上點，首先 TFT 顯示模塊會顯示當前溫度功率等信息，之后手機 APP 可與單片機通過藍牙通信，單片機發送給 APP 目前充電樁的狀態信息，APP 控
制充電的進行。實物如圖 10 所示。
圖 10 實物測試圖
安科瑞電動自行車充電樁通過GPRS模塊與云端進行通信和數據交互。系統能夠對電動自行車充電樁的日常狀態、充電過程進行監控；實現充電支付對接：支持投幣、刷卡、微信支付等多種支付方式，保證支付交易過程的完整性，對充電過程中的異常情況進行有效預警；實現對下游站級平臺的清算、對賬功能。平臺可對接消防物聯網平臺、小程序等，提供相關異常數據，實現電動車充電管理的網絡化、可視化。
5.1預警
對平臺連接的所有充電樁狀態進行監視，充電樁發生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發出報警信號，及時消除火災隱患。
5.2交易結算管理
平臺為運營方提供充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。
5.3充電服務
可通過軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態，并導航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現充電。
5.4運營分析
對訂單進行數據化分析，通過柱狀圖、報表方式直觀展示數據，并支持和第三方平臺對接。
5.5微信小程序
可通過微信小程序掃碼充電，充電賬單支付。運營商和物業管理人員均可通過小程序管理，監測充電樁狀態和充電交易情況。
5.6充電樁型號
ACX10A-YH
6 總結
(1)可同時充10輛電瓶車。
(2)尺寸空間大，投幣箱容量大，內部空間充裕，具備充足的電氣穩定性。
(3)實體按鍵設計，手感實在，使用壽命長。
(4)顯示投幣數、IC刷卡次數、IC卡余額，卡內余額語音播報。
(5)每次扣費和充電時間可調，可多次投幣刷卡，充電時間自動累計。
(6)可根據客戶需求開通免費充電功能、月卡功能和刷卡退費。
(7)可使用微信支付、支付寶支付、APP 支付。
(8)自動識別出現故障的線路，并伴有字母和語音提示。
(9)具有斷電記憶功能，當出現斷電，來電后可以繼續使用剩余的時間充電。
(10)具有拔掉斷電功能，當用戶拔掉充電器，及時自動斷電。
(11)具有充滿自停功能，自動檢測電瓶車充電狀態，如充滿則停止供電，計費時間清零。
(12)具有過載保護功能，能識別大功率電器，自動暫停供電，防止用戶私接插線板給多臺電瓶車充電。
(13)具有短路保護功能，當出現短路，保險絲熔斷確保穩定。
(14)具有按功率給時間功能，根據檢測到的功率，按照設定時間開啟充電。
(15)可選配聯網煙感，當出現火情，可發送短信給責任人。
(16)過溫保護功能，當檢測機箱溫度過高，停止充電。
(17)夜間斷電功能，可設定夜間整機斷電黑屏，禁止夜間充電。
(18)遠程抄表，485電表數據采集上報。
本設計從“互聯網 + ”應用出發，自主開發 APP，跟充電樁進行藍牙連接，可以手機支付，自動檢測電動車電量，判斷電動車電量狀態，根據其狀態控制其充電電流，并且對其充電過程中所使用的電量進行統計并反饋到控制，控制最終根據充電用戶的賬戶信息對其進行計費管理，經過大量調試證明，系統性能優異，能滿足廣大市民快捷方便的使用。
[1]關健生.基f-STM 單片機的智能鋰電池組平衡充電器設計[J].通信電源技術 ,2014.31(6)．
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[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06月版.
[4]智能電網用戶端電力監控/電能管理/電氣產品報價手冊.2020.06月版.
作者簡介：宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監測及剩余電流監測， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）