基于RFID技術(shù)的電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)

全劉輝　歐陽(yáng)玉梅　鄭皓洪

【摘 要】本文設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的一種刷卡式的充電服務(wù)終端硬件裝置，實(shí)現(xiàn)刷卡自動(dòng)計(jì)費(fèi)。本程序以AT89S52單片機(jī)為主控制器，用MFRC500射頻識(shí)別芯片進(jìn)行識(shí)別，并與射頻卡進(jìn)行通信。

【關(guān)鍵詞】RFID； AT89S52； MFRC500； ADE7755

0 引言

電動(dòng)車(chē)是一種非常理想的中短途日常交通工具，電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用有效地解決了能源和環(huán)境兩大難題，因此，在我國(guó)有著得天獨(dú)厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。目前，RFID作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別的特定目標(biāo)建立機(jī)械或光學(xué)接觸，于是基于RFID的電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

卡式自動(dòng)計(jì)費(fèi)的電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)在目前為止還只是在啟蒙階段，根據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上搜索的結(jié)果顯示，在國(guó)內(nèi)這一設(shè)計(jì)尚未取得階段性的普及。大部分電動(dòng)車(chē)用戶仍然習(xí)慣于家用充電或者使用按月收費(fèi)的方式。但是在國(guó)外，這個(gè)設(shè)計(jì)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成實(shí)物開(kāi)始在大街小巷開(kāi)始流行了。在美國(guó)加利福利亞州，加州 Coulomb Technologies 聲稱公司將在圣荷塞安裝電動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)充電站，當(dāng)電動(dòng)車(chē)司機(jī)無(wú)法利用家里車(chē)庫(kù)，或外出辦事需要充電時(shí)，可在充電站對(duì)車(chē)輛電池充電。司機(jī)可以每次充電后付費(fèi)或交納月費(fèi)無(wú)限制地充電。這種充電站將采用基于RFID的ID卡或鑰匙扣；在德國(guó)，有家叫做史瓦科的智慧交通解決方案公司，他們推出的一個(gè)產(chǎn)品叫做“充電直通車(chē)”，把充電樁和平常的停車(chē)自動(dòng)收費(fèi)機(jī)合二為一，并且配備上各種付費(fèi)方式：RFID芯片，SMS短信扣費(fèi)，QR二維碼掃描付錢(qián)等等，同時(shí)還具有可上網(wǎng)功能，采集處理充電與車(chē)輛數(shù)據(jù)。

可以預(yù)見(jiàn)的是，這個(gè)課題在國(guó)內(nèi)具有極大的研究?jī)r(jià)值，一旦普及，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值將會(huì)極具商業(yè)潛力。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

本系統(tǒng)把射頻識(shí)別技術(shù)與電動(dòng)車(chē)充電站結(jié)合起來(lái)，以AT89S52單片機(jī)為核心，利用RFID技術(shù)電子錢(qián)包功能實(shí)現(xiàn)用戶身份識(shí)別和電子支付充電費(fèi)用功能，安全可靠；充滿自停，來(lái)電續(xù)充，付費(fèi)合理，并加上LCD顯示費(fèi)用余額方便簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)由五大模塊組成，其中單片機(jī)系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，RFID模塊負(fù)責(zé)發(fā)送與接受數(shù)據(jù)至單片機(jī)，繼電器模塊負(fù)責(zé)強(qiáng)弱電切換，ADE7755模塊發(fā)送脈沖至單片機(jī)計(jì)算電量，LCD模塊顯示所進(jìn)行的操作與數(shù)據(jù)。由于都是基于模塊化的設(shè)計(jì)，因此能將系統(tǒng)化繁為簡(jiǎn)，最后得出的驗(yàn)證結(jié)果誤差也會(huì)大大減少。

2.2 系統(tǒng)模塊介紹

2.2.1 射頻識(shí)別模塊MFRC500

MFRC500是一款應(yīng)用在13.56MHz頻段的非接觸式讀取接收模塊。該模塊適用于各種基于ISO/IEC14443A的非接觸式通信應(yīng)用場(chǎng)合。例如公共交通終端、手持終端、板上單元、非接觸式PC終端、計(jì)量模塊、非接觸式公用電話等。MFRC500模塊實(shí)物如圖1所示。

2.2.2 ADE7755計(jì)費(fèi)模塊

ADE7755是一款適用于單相配電系統(tǒng)的高精度電能計(jì)量IC。它可提供基于輸電線電壓和電流計(jì)算的瞬時(shí)有功功率和平均有功功率。ADE7755中使用的唯一模擬電路是ADC和參考電壓電路。所有其它信號(hào)處理（例如乘法和濾波）都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的。這種信號(hào)處理方法可在隨環(huán)境條件和時(shí)間變化的很大范圍內(nèi)提供優(yōu)異的穩(wěn)定性和精度。ADE7755是一種高準(zhǔn)確度電能測(cè)量集成電路，其技術(shù)指標(biāo)超過(guò)IEC1036規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。ADE7755模塊實(shí)物如圖2所示：

3 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)具體的工作流程如圖3所示，AT89S52單片機(jī)上電后，對(duì)MFRC500模塊進(jìn)行刷卡操作，單片機(jī)讀取到卡片信息之后判斷是否有余額。沒(méi)有的話就提示充值操作，同時(shí)不接通繼電器，也就無(wú)法進(jìn)行充電操作。當(dāng)檢測(cè)到有余額后，接通繼電器，同時(shí)ADE7755模塊開(kāi)始計(jì)量工作，同時(shí)將脈沖發(fā)送回單片機(jī)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)都將在LCD12864液晶顯示屏上。在最初進(jìn)行刷卡操作時(shí)，液晶顯示卡片信息。

4 系統(tǒng)總調(diào)試

實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能是通過(guò)硬件電路和軟件相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件程序功能也就基本確定了。從軟件的主要功能可分為主程序和子程序，主程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心，專門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)子程序和操作者間的關(guān)系。子程序是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如發(fā)送數(shù)據(jù)、計(jì)算、顯示等。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。

經(jīng)過(guò)以上各模塊的調(diào)試，系統(tǒng)的功能基本可以實(shí)現(xiàn)了，還需要合并起來(lái)，液晶初始化顯示一些信息，然后按照尋卡——防碰撞——選擇卡——驗(yàn)證密碼——讀塊的操作步驟，把讀到的信息發(fā)到單片機(jī)，單片機(jī)在這時(shí)做出判斷，若判斷結(jié)果正確（即能讀到卡里有余額），則單片機(jī)控制P1.4管腳為低電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，此時(shí)由于單片機(jī)電流過(guò)小，因此繼電器可以控制弱電切換成強(qiáng)電流，插座才可以導(dǎo)通充電。若判斷結(jié)果不正確（既卡里沒(méi)有余額），則單片機(jī)控制P1.4管腳為高電平，此時(shí)三極管反相截止。由于三極管是與繼電器模塊相接的用來(lái)控制用電的導(dǎo)通與關(guān)閉，另外也可以用來(lái)控制市電（強(qiáng)電）與單片機(jī)+5V電（弱電）的切換。因此三極管截止后繼電器也無(wú)法工作。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)使用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行讀寫(xiě)控制，非接觸式IC卡來(lái)作為數(shù)據(jù)載體。這個(gè)系統(tǒng)相較于普通的居民電動(dòng)車(chē)收費(fèi)模式有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，其在于：①電量計(jì)算精確，收費(fèi)透明，能使人民群眾節(jié)省開(kāi)支；②方便管理，使用者都會(huì)有屬于自己的非接觸式IC卡，做到充多少用多少，不需要專人來(lái)進(jìn)行收費(fèi)；③由于操作簡(jiǎn)單易懂，易于被廣大人民群眾接受，能得到較快的普及應(yīng)用。

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[責(zé)任編輯：王楠]