基于嵌入式Linux的電動(dòng)汽車交流充電樁的設(shè)計(jì)

張 琳 任鴻秋 蘇 新

（1.太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，太原 030024; 2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003）

隨著我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展，人們也逐漸關(guān)注與其相配套的充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)。如果能設(shè)計(jì)很好的輔助充電設(shè)施，那么電動(dòng)汽車就可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。通過在各個(gè)場所安裝大量的充電樁，就可以更安全和方便地為電動(dòng)汽車充電。為了使充電樁的應(yīng)用及管理智能化，本文設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的電動(dòng)汽車交流充電樁的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了其軟硬件實(shí)現(xiàn)流程。

1 電動(dòng)汽車交流充電樁的功能需求分析

電動(dòng)汽車交流充電樁是實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)汽車充電與控制的設(shè)施，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證充電樁與顧客之間可靠、方便的進(jìn)行交互。同時(shí)，充電樁負(fù)責(zé)將充電過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，以便充電站管理人員準(zhǔn)確了解到充電信息，從而實(shí)現(xiàn)對充電的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。

電動(dòng)汽車交流充電樁具有以下功能：

1）運(yùn)行可靠

充電樁可靠運(yùn)行是必須首先滿足的功能，在充電樁運(yùn)行過程中，局部故障不能影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作；充電樁設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于故障排除和替換；充電樁具備處理同時(shí)發(fā)生的多個(gè)事件的能力；充電樁具備防雷和抗強(qiáng)電磁干擾能力。

2）數(shù)據(jù)安全

充電樁應(yīng)實(shí)行操作權(quán)限管理，按工作性質(zhì)對每個(gè)操作人員賦予不同權(quán)限，系統(tǒng)登錄、操作進(jìn)行權(quán)限查驗(yàn)；充電樁所有重要操作，如登錄、控制、退出等，均有操作記錄，系統(tǒng)可對操作記錄進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，所有操作記錄具有不可刪除和不可更改性；網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息不被竊取和破壞；充電樁保存的重要數(shù)據(jù)，具有不可刪除和不可更改性。充電樁具有自診斷功能，對設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和軟件運(yùn)行進(jìn)行在線診斷，發(fā)現(xiàn)故障，能顯示告警信息；自動(dòng)生成系統(tǒng)運(yùn)行日志，可查詢及以報(bào)表方式打印輸出。

3）直觀清晰的人機(jī)交互界面

充電樁應(yīng)具備直觀清晰的操作界面，方便用戶進(jìn)行充電操作。充電樁采用全中文圖形化界面；提供對系統(tǒng)操作的在線中文幫助，用戶根據(jù)幫助指示就可以實(shí)現(xiàn)自助充電；充電樁可以顯示運(yùn)行工況的圖形畫面和曲線圖。

4）歷史數(shù)據(jù)查詢

用戶可以在充電樁上查詢到歷史充電數(shù)據(jù)，包括充電時(shí)間、地點(diǎn)以及充電電量等信息。充電樁支持以曲線的形式顯示歷史充電數(shù)據(jù)。

5）打印數(shù)據(jù)

充電樁安裝嵌入式打印機(jī)，可以打印充電報(bào)表；系統(tǒng)可提供操作記錄事項(xiàng)打印，可實(shí)時(shí)或召喚打印系統(tǒng)事項(xiàng)記錄。

6）計(jì)量計(jì)費(fèi)

充電樁可以根據(jù)從電能表上提取的電量信息計(jì)算出用戶充電消費(fèi)的金額。充電樁采用復(fù)費(fèi)率電能表，并根據(jù)國家費(fèi)率電價(jià)規(guī)定，計(jì)算出總費(fèi)用，同時(shí)還將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存?zhèn)浞?，并發(fā)送到后臺(tái)進(jìn)行實(shí)習(xí)監(jiān)控。

7）系統(tǒng)對時(shí)。

充電樁可以接受GPS 同步時(shí)鐘對時(shí)，保證系統(tǒng)時(shí)間的一致性。

2 交流充電樁硬件構(gòu)成

要想實(shí)現(xiàn)以上的功能，電動(dòng)汽車交流充電樁必須有完備的硬件條件作為支撐。該充電樁的控制部分選用EP9315 嵌入式ARM 開發(fā)板，該開發(fā)板性能穩(wěn)定，上面提供多種數(shù)據(jù)接口，有利于電路簡化，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。觸摸屏采用AT070TN83，打印機(jī)采用WH-C2 嵌入式打印機(jī)，讀卡器型號(hào)是RDM-ΙB-MEM- N，電能表使用的DDZY522 單相費(fèi)控智能電能表。同時(shí)，在硬件里還包括兩個(gè)控制從板，上面連接有繼電器，用于控制充電的啟停和夜間照明燈以及充電槍安全門。硬件電路在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮實(shí)現(xiàn)簡單，解約成本，而且必須保證充電樁整體性能的穩(wěn)定。

3 控制軟件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車交流充電樁的控制軟件采用嵌入式圖形界面開發(fā)工具Q 進(jìn)行開發(fā)的，QT 是一個(gè)全面的C++應(yīng)用程序開發(fā)框架，其核心代碼都是用C++語言寫的，QT 的開發(fā)也是需要用到C++。QT 包含一個(gè)類庫和用于跨平臺(tái)開發(fā)及國際化的工具。

圖1 充電樁系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)首先需要設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面的開發(fā)流程，流程圖如圖2所示。

圖2 人機(jī)交互界面的開發(fā)流程

主函數(shù)的編寫是控制程序的關(guān)鍵部分，主函數(shù)是運(yùn)行應(yīng)用程序的一個(gè)入口點(diǎn)，是對主窗口的設(shè)置和整體程序的管理。

最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 充電樁界面的顯示結(jié)果

4 結(jié)論

本文首先提出了電動(dòng)汽車交流充電樁的功能需求，根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)了充電樁硬件配置，畫了完整的硬件連接圖，最后設(shè)計(jì)了充電樁終端主界面程序，通過對程序的反復(fù)調(diào)試，證明該程序可實(shí)現(xiàn)在Linux 系統(tǒng)上對多功能電能表的數(shù)據(jù)采集并為顧客提供直觀的數(shù)據(jù)顯示，為后續(xù)的電動(dòng)汽車交流充電樁的設(shè)計(jì)與研制奠定了基礎(chǔ)。

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