基于Android的電動(dòng)汽車交流充電樁控制模塊設(shè)計(jì)

張俊哲　高新

摘 要：針對(duì)國家電網(wǎng)電動(dòng)汽車智能充電樁招標(biāo)統(tǒng)一要求，該文介紹了一種符合國家電網(wǎng)要求的電動(dòng)汽車充電樁核心控制模塊，本設(shè)計(jì)使用TI公司的Cortex-A8系列工業(yè)級(jí)ARM處理器AM335X為主控制芯片，軟件平臺(tái)采用Android嵌入式操作系統(tǒng)，支持電容觸摸屏、Wi-Fi、攝像等多種外設(shè)。該文主要介紹了Android系統(tǒng)在電動(dòng)汽車充電樁中的實(shí)現(xiàn)方法，基于Android的電動(dòng)汽車交流充電樁控制模塊具有良好的擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：安卓 電動(dòng)汽車 充電樁 AM335X

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（c）-0045-01

近年來隨著國家政策和補(bǔ)貼的大力支持，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，電動(dòng)汽車充電樁在電動(dòng)汽車發(fā)展中起著至關(guān)重要的做用，是電動(dòng)汽車發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。2014年國家電網(wǎng)將電動(dòng)汽車充電樁納入國家電網(wǎng)統(tǒng)一招標(biāo)計(jì)劃，目前第一批招標(biāo)工作已經(jīng)順利結(jié)束。

在此背景下，該文提出一種新型的基于Android的電動(dòng)汽車充電樁核心控制模塊，軟件基于Android4.2版本操作系統(tǒng)開發(fā)，硬件則采用TI公司生產(chǎn)的Cortex-A8工業(yè)級(jí)ARM處理器作為核心控制芯片，與現(xiàn)有充電樁相比，不但處理速度更快，而且可以完美支持電容觸摸屏及多種外設(shè)，功能和可擴(kuò)展性更強(qiáng)。不但具有很大的實(shí)用價(jià)值，而且提出了一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路，具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。

1 硬件結(jié)構(gòu)

充電樁整體硬件由AM335X核心控制模塊、LCD觸摸顯示屏、繼電器控制模塊、電能表、充放電控制模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、IC卡讀寫模塊、ESAM認(rèn)證模塊、打印機(jī)等部分組成。

該文設(shè)計(jì)的交流充電樁控制模塊采用基于Cortex-A8架構(gòu)的ARM處理器AM335X，該處理器主頻720M，具有2個(gè)CAN總線接口、6路UART串口、2個(gè)USB2.0高速OTG端口、3個(gè)I2C端口、2個(gè)SPI端口、2個(gè)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)接口、SGX530 3D圖形引擎，并且具有多達(dá)128個(gè)GPIO，完全滿足交流充電樁的設(shè)計(jì)需求。

2 Android系統(tǒng)

核心控制模塊基于Android4.2系統(tǒng)開發(fā)，Android是一種基于Linux的開放源代碼的操作系統(tǒng)，由Google公司和開放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開發(fā)。Android分為應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層和Linux內(nèi)核層。

在本設(shè)計(jì)中，Android系統(tǒng)使用Google公司開發(fā)的Android4.2版本，并不需要大量修改Android系統(tǒng)的代碼，只需要修改Linux核心層代碼，增加部分驅(qū)動(dòng)程序即可使用，增加的驅(qū)動(dòng)程序包括：液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)程序、電容觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序、電能表485通信底動(dòng)程序、ESAM通信驅(qū)動(dòng)程序、IC卡通信驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)程序。

除了Android系統(tǒng)本身，在系統(tǒng)啟動(dòng)之前還需要引導(dǎo)系統(tǒng)，本文使用uboot作為啟動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)。uboot是用一段單片機(jī)代碼用來作為引導(dǎo)程序，這個(gè)引導(dǎo)程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)是最先執(zhí)行的，它的主要任務(wù)是初始化硬件設(shè)備，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，再將內(nèi)核從一種存儲(chǔ)介質(zhì)讀入到內(nèi)存中，然后跳到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，即操作系統(tǒng)。

3 應(yīng)用層軟件

Android應(yīng)用包括四大組件：活動(dòng)（Activity），服務(wù)（Service），內(nèi)容提供者（Content provider），廣播接收者（Broadcast receiver）。

該文描述的電動(dòng)汽車控制模塊中，活動(dòng)（Activity）就是電動(dòng)汽車充電應(yīng)用程序，啟動(dòng)后始終處于前臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，用戶可通過應(yīng)用程序的UI主界面選擇執(zhí)行的操作，包括先擇功能、刷卡、開始充電、結(jié)束充電、查詢余額等操作。

Android系統(tǒng)中，服務(wù)（Service）能在后臺(tái)運(yùn)行，不需要用戶界面，用來執(zhí)行需要長時(shí)間處理的組件，能夠在后臺(tái)持久的運(yùn)行，其它組件可與Service綁定，甚至能進(jìn)行跨進(jìn)程的通訊。本文中服務(wù)包括充電樁與主站遠(yuǎn)程通信、與電能表通信、充電狀態(tài)監(jiān)控、充電費(fèi)用管理、ESAM通信、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理等操作。

活動(dòng)（Activity）與服務(wù)（Service）之間的通信通過Activity與后臺(tái)服務(wù)綁定，通過中間對(duì)象Binder的實(shí)例操作后臺(tái)服務(wù)實(shí)現(xiàn)，活動(dòng)與服務(wù)綁定后，就可以獲取進(jìn)度信息和服務(wù)的狀態(tài)。

Android平臺(tái)內(nèi)置了一套SQLite數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制，并包含了一系列管理SQLiteDatabase的相關(guān)方法，如創(chuàng)建、打開數(shù)據(jù)庫以及執(zhí)行SQL命令等，應(yīng)用程序可直接使用這些方法來構(gòu)建私有存儲(chǔ)系統(tǒng)，在創(chuàng)建ContentProvider時(shí)也可以借用這些方法。該文介紹的充電樁就選用了Android內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)語

該文介紹了基于Android的充電樁嵌入式核心控制模塊的硬件和軟件設(shè)計(jì)。雖然現(xiàn)有充電樁已經(jīng)具有比較完善的解決方案，但基于Android系統(tǒng)的充電樁設(shè)計(jì)仍處于剛剛起步階段，尚未經(jīng)過長期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，其穩(wěn)定性和安全性仍有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。但可擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用豐富、操作簡單、界面友好等是本設(shè)計(jì)的一大優(yōu)勢(shì)。

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