一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及其管理方法与流程

本发明涉及一种电动汽车充电系统及教学领域，特别是一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及管理方法。

背景技术：

当前，电动汽车充电桩已经开始运行，但是并未大面积普及，其主要原因在于充电桩数量远滞后于电动汽车数量。充电设备和电动汽车数量的不匹配会造成电动汽车充电的不及时和使用的不便，制约电动汽车的普及；同时充电设备性能的优劣至关重要的条件之一是软件系统的质量高低，即由充电桩充电管理系统决定。充电管理系统设计的不足会降低充电桩整体性能，管理方法的不足降低充电管理系统性能，为此，管理系统的管理方法亟待优化。

现有充电桩及其相关发明涉及充电管理及其方法较少，多偏向工程实践，少有注重教学实践及原理，这将减少充电管理系统及充电桩设计人群，进而影响电动汽车的大面积推广；同时该领域系统开发需要具备一定的专业知识，对于一般的研究人员来说开发周期长、难度大，直接接触硬件底层设备易造成设备损坏，不利于设备维护。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及管理方法，解决现有技术存在的问题，在扩大电动汽车用充电管理系统及其管理方法设计人群的同时，对stm32处理器进行教学学习，提高系统工作效率、降低学习门槛的教学演示设备。

本发明的目的是这样实现的：用于教学演示的电动汽车的充电系统及充电管理包括：充电管理系统及其充电管理方法。

所述充电管理系统包括硬件模块和软件模块，软件模块实施对硬件模块的管理；

所述硬件模块包括：外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸显示屏和pc机；主控制器模块同时与刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯和触摸显示屏连接；pc机通过网络平台模块与主控制器模块连接；

所述软件模块包括：人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块；

所述人机交互模块采用触摸显示屏显示用户信息、系统信息及充电信息，并进行信息的输入和计费情况的显示及相应操作下的页面跳转；所述电能计量功能模块采用多功能电能表进行电能计量并和主控制器通过串口进行数据交换，通过多功能电能表和主控制器间数据交换完成电能计量功能模块的数据管理；所述二维码付费模块通过python编写服务器程序和主控制器通信，使用php、html、java混合编程完成商户后台软件的设计，通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验，进而实现扫码付费交易记录数据管理；所述用户电能计费模块使用m1射频卡作为用户的交易结算单元，通过软件设计实现对m1射频卡数据的读取和写入，实现用户信息管理，包括刷卡支付、在线充值和查询功能。

优选的，所述主控制器模块安装在箱体内腔右侧，主控制器模块的外形为长方体结构；包括嵌入安装在箱体内部的stm32f103vet6处理器的开发板、仿真器及usb线。

所述网络平台模块包括esp8266wifi网络模块，esp8266wifi网络模块与主控制器模块的下端左侧通过io端口通信连接并板载在所述stm32f103vet6上，esp8266wifi网络模块与pc机连接在同一子网。

所述的pc机是运行有商户后台软件、python编写服务器程序的平台，这两个程序始终运行；pc机提供编程、调试平台，同时通过自身具备的公网ip与微信/支付宝服务器通信；商户后台是由php、html和java进行联合编程，商户后台在编程完成后运行在pc上并获取二维码信息；服务器程序获取商户后台的二维码信息，并通过esp8266发送给主控制器；python编写服务器程序和主控制器的c语言客户端程序相兼容，二者之间能够通信。

优选的，所述触摸显示屏的外形为长方体结构；所述箱体上部设置有与显示屏相互匹配的方框，所述触摸显示屏固定安装在该方框内部；并通过io端口与主控制器连接。

优选的，所述刷卡付费模块包括m1射频卡以及rfid读写器；所述m1射频卡以及rfid读写器的外形均为长方形板状结构；rfid读写器位于箱体内部并通过io端口连接主控制器，所述rfid读写器的上端固定区域放置m1射频卡。

优选的，所述负载设备包括多功能单相电表、灯泡以及继电器、交流接触器以及空气开关；其中，所述继电器、交流接触器以及空气开关位于箱体上表面左部；继电器的输入端通过io端口连接主控制器模块，输出端连接交流接触器；所述交流接触器位于箱体上表面左部，接触器另外一组端子连接空气开关的一个端子(l)和灯泡的一个端子；所述空气开关位于箱体上表面左部，一端连接220v交流电源，另一端的一个端子(n)连接灯泡的另外一个端子；所述灯泡固定安装在开关电源的上部，灯泡一个端子连接多功能单相电表的测量端子；所述多功能单相电表为pzem-004单相智能电表，固定安装于箱体内腔左侧，多功能单相电表的一端连接220v交流电源，另一端通过io口与主控制器模块连接。

优选的，所述打印机为dp-502嵌入式打印机，打印票据，位于箱体的外部，通过io端口与主控制器连接；所述指示灯嵌入安装在m1射频卡左下角的箱体上，通过io端口与主控制器连接，进行信息提示；通过主控制器模块对触摸显示屏、打印机和指示灯综合控制完成人机交互模块的数据管理。

优选的，所述电源模块包括220v交流电源一个及5v开关电源一个，220v交流电源为位于箱体外部的常用220v交流插座，5v开关电源与多功能单相电表并排固定安装在箱体内腔左侧，开关电源的外形为长方体结构，安装在长方体外壳内；用以对所述打印机和单相多功能电表及继电器提供5v工作电压；指示灯嵌入安装在rfid读写器左下角的箱体上。

优选的，所述的长方体外壳，采用阻隔防爆材料制作，内部设备之间连接及外壳均符合安全防爆要求；阻隔防爆材料产品是采用特殊铝合金系列材料及特殊的加工工艺制造而成的抑爆材料。

优选的，箱体为长方体结构，安装在其内部的器件之间连接均符合安全防爆要求；

箱体包括相互匹配铰接安装的上壳及下壳；翻开上壳可对硬件进行拆卸，灯泡、空气开关、继电器及接触器均可以拆卸；上壳打开为stm32f103vet6处理器，可作教学功能讲解使用；在上壳关闭之后，上壳与下壳闭合位置的左侧2个拐角，采用角扣进行固定；角扣的外形为三角柱结构，角扣与箱体右侧拐角位置配合的一面开设有与箱体拐角相匹配的角槽，箱体的右侧拐角嵌入安装到角扣侧面的角槽内部进行固定；下壳内部为主控制器部分及硬件间的连接，用以教学讲解，叙述原理接线使用。

充电管理方法的具体操作步骤为：

(1)硬件模块接通电源后，开始上电：充电管理系统进入充电菜单，在触摸显示屏上输入待充电数值，相关数据信息通过触摸显示屏显示，并在主控制器中计算出充电金额；

(2)选择刷卡付费或扫码付费进行支付：刷卡付费的数据管理通过对m1射频卡的读写操作完成扣费；二维码扫码付费的数据通过商户后台进行管理，并记录在数据库中；

(3)付费成功充电：付费成功后接通所述继电器及接触器对灯泡供电，指示灯亮红灯提示开始充电，并对充电过程电压电流进行实时采集和显示；m1射频卡付费成功后通过软件编程控制继电器直接开通；二维码付费成功后通过运行在pc机上的服务器程序获取并发给控制器的商户后台的交易支付信息判断是否成功缴费；已充电能及充电过程中电压电流的数据通过多功能单相电表进行实时数据管理；

(4)充电结束：当输入充电电能和已充电能相等时结束充电，并由打印机打印票据，指示灯亮绿灯，充电结束；通过多功能单相电表判断充电结束时已充电能大小；通过m1射频卡的再次读写进行余额等数据管理，将消费等信息通过打印机打印成票据形式；

(5)充值及查询操作：如果进行充值及查询操作，则将m1射频卡放置在rfid设备固定区域上方，对m1射频卡进行读写操作实现充值；通过读操作将数据存储在主控制器中，再传输并显示在触摸显示屏上。

优选的，所述人机交互模块通过c语言进行编程，使用keil5开发软件在pc机上进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6的工作原理，触摸显示屏、指示灯和打印机及其各自特有的工作原理与编程设计方法，掌握fsmc、普通io口及串口工作原理及编程。

优选的，所述的电能计量功能模块通过c语言进行编程，使用keil5开发软件在pc机上进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6和多功能电表的工作原理，学习串口工作原理及编程。

优选的，所述的二维码付费模块使用python语言编写服务器程序和主控制器通信，在pc机上运行并调试；使用c语言编写客户端程序在pc机上编程调试，运行于主控制器；通过安装在pc机上的wampserver平台，使用thinkphp框架，使用php、html、java混合编程完成商户后台软件的设计；通过软件编程及调试，用以学习python、php语言，同时学习socket编程方法、esp8266wifi模块原理及编程方法、客户端及服务器工作原理及编程方法、数据库操作及二维码原理和编程设计方法。

优选的，所述的用户电能计费模块，通过c语言进行编程，使用keil5开发软件进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6的工作原理，spi总线原理及编程方法、rfid设备原理及编程方法。

有益效果，由于采用了上述方案，为电动汽车在充电桩设备充电管理及付费提供了很好的技术参考及方便。本发明设计了一种基于stm32f103vet6的电动汽车用充电管理系统及其管理方法的实现方案，为使用者提供了良好的人机交互环境和系统综合管理功能。该系统利用触摸显示屏实现人机交互功能如显示和页面跳转；采用pzem-004作为电能计量装置，实时显示负载消耗电能及电压电流，并把每次消耗的电能传输到主控制器模块，再由主控制器模块传输并显示在显示屏上；根据相关行业标准，使用非接触式m1射频卡刷卡付费，同时使用二维码扫码付费，使用dp-502嵌入式打印机实现票据打印。通过对相关器件的编程控制其实现期望功能，用以管理m1射频卡如卡号及卡中余额、充电过程电压电流和二维码付费过程的交易等信息。

其次，本发明基于esp8266网络模块的微信/支付宝的二维码付费方式，实现扫码付费，以stm32f103vet6和esp8266作为客户端，所述pc设备上的python程序作为服务器程序，该程序获取设计在所述pc机上运行的一个微信/支付宝扫码付费的商户后台程序的二维码，该商户后台程序基于wampserver平台使用thinkphp框架，使用php、html和java语言实现了pc机和微信/支付宝系统的支付通信，进而实现stm32f103vet6发送任意金额到python服务器程序，程序请求获得商户后台中的一个带有金额数值的二维码图片，再将图片数据传递回stm32f103vet6处理器，把图片传输并显示在显示屏上，用户扫码完成扫码付费。扫码付费成功后的微信/支付宝系统提示信息通过商户后台程序发送给主控制器，主控制器控制继电器通电，系统开始充电，在完成充电后主控制器控制打印机自动打印票据。为方便用户充电付费以及充电资金管理，商户后台编程平台使用wampserver，该平台自带数据库，每笔资金可以在数据库中查询并导出，对学生及相关领域人员来说，都提供了较好的中间付费交流平台设计参考和技术支持，实现对于二维码扫码付费相关信息如交易记录、流水金额及做账等进行管理。

再次，本发明使用方便，在教学过程中，通过扫码或刷卡付费之后，充电时间可以通过灯泡的照亮时间来进行演示和说明。通过上述技术方案，将充电管理系统做成箱体结构，方便携带及教师教学演示。同时具有可拆卸的硬件和翻转的外壳有利于教学讲解，使学生深入理解工程设备制造原理。同时本发明兼顾工程实践性，根据实际应用的不同对程序进行相应的修改，辅以其他的器件，可以在实际工程中应用。通过管理方法的模块化编程，结合硬件设备进行学习，可以较为全面的学习stm32f103vet6基础知识及编程方法，进而掌握管理方法的人机交互模块、电能计量设计模块、二维码付费模块和用户电能计费模块的设计，从而掌握管理系统的管理方法的设计与优化。设备整体利于教学推广，整体成本很低，易于构建小型教学设备进行教学使用，具有较好的实用价值及推广价值。

解决了现有技术存在的问题，在扩大电动汽车用充电管理系统及其管理方法设计人群的同时，对stm32处理器进行教学学习，提高系统工作效率、降低学习门槛的教学演示设备，达到了本发明的目的。

优点：本发明的用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及其管理方法，通过对管理系统的整体结构进行合理设计，使得充电管理系统能够满足电动汽车充电管理及付费的相应工程使用要求；同时将充电管理系统软件化设计，结合硬件化的箱体结构及器件，通过教学演示的方式，从相关领域设计人员到高校学生，从底层开发到系统设计，扩大电动汽车用充电管理系统及其管理方法设计人群。

对相关领域设计人员来说，能够提供较好的技术支持和方便；对高校学生来讲，帮助其快速掌握相关知识，从系统的角度学习嵌入式开发，结合现实的工程问题，提高其动手和思考能力，将理论知识应用于实践系统，大幅度提高编程能力和动手操作能力，从而全面了解并掌握、优化电动汽车用充电管理系统及其管理方法，进而推动电动汽车产业发展。

附图说明

图1为本发明的整体外形结构示意图。

图2为本发明的各模块连接结构示意图。

图3为本发明的软件系统结构示意图。

图4为本发明的硬件系统结构示意图。

图5为本发明采用m1射频卡读取数据程序流程图。

图6为本发明的商户后台整体设计流程图。

图7为本发明的pay控制器流程图。

图8为本发明的双负载请求二维码效果图。

图9为本发明的负载设备间连线示意图。

图10为本发明的触摸显示屏软件设计流程。

图中：1、箱体；2、pc机；3、rfid设备；4、显示屏；5、指示灯；6、5v开关电源；7、多功能单相电表；8、灯泡；9、空气开关；10、接触器；11、继电器；12、打印机；13、stm32f103vet6；14、220v交流电源。

具体实施方式

本发明的用于教学演示的电动汽车的充电系统及充电管理包括：充电管理系统及其充电管理方法。

所述充电管理系统包括硬件模块和软件模块，软件模块实施对硬件模块的管理；

所述硬件模块包括：外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸显示屏和pc机；主控制器模块同时与刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯和触摸显示屏连接；pc机通过网络平台模块与主控制器模块连接；

所述软件模块包括：人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块；

所述人机交互模块采用触摸显示屏显示用户信息、系统信息及充电信息，并进行信息的输入和计费情况的显示及相应操作下的页面跳转；所述电能计量功能模块采用多功能电能表进行电能计量并和主控制器通过串口进行数据交换，通过多功能电能表和主控制器间数据交换完成电能计量功能模块的数据管理；所述二维码付费模块通过python编写服务器程序和主控制器通信，使用php、html、java混合编程完成商户后台软件的设计，通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验，进而实现扫码付费交易记录数据管理；所述用户电能计费模块使用m1射频卡作为用户的交易结算单元，通过软件设计实现对m1射频卡数据的读取和写入，实现用户信息管理，包括刷卡支付、在线充值和查询功能。

所述充电管理系统的操作步骤为：

(1)硬件模块接通电源后，上电初始化：充电管理系统进入充电菜单，输入充电金额或电能；

(2)选择刷卡付费或扫码付费进行支付：选择刷卡付费或扫码付费，根据触摸屏的信息提示进行相应操作；

(3)付费成功充电：付费成功后接通所述继电器及接触器对灯泡供电，指示灯亮红灯提示开始充电，并对充电过程电压电流进行实时采集和显示；

(4)充电结束：当输入充电电能和已充电能相等时结束充电，并由打印机打印票据，指示灯亮绿灯，充电结束；

(5)充值及查询操作：如果进行充值及查询操作，则将m1射频卡放置在rfid设备固定区域上方，对m1射频卡进行读写操作实现充值；通过读操作将数据存储在主控制器中，再传输并显示在触摸显示屏上。

优选的，所述主控制器模块安装在箱体内腔右侧，主控制器模块的外形为长方体结构；包括嵌入安装在箱体内部的stm32f103vet6处理器的开发板、仿真器及usb线；

所述网络平台模块包括esp8266wifi网络模块，esp8266wifi网络模块与主控制器模块的下端左侧通过io端口通信连接并板载在stm32f103vet6上，esp8266wifi网络模块与pc机连接在同一子网。

所述的pc机是运行有商户后台软件、python编写服务器程序的平台，这两个程序始终运行；pc机提供编程、调试平台，同时通过自身具备的公网ip与微信/支付宝服务器通信；商户后台是由php、html和java进行联合编程，商户后台在编程完成后运行在pc上并获取二维码信息；服务器程序获取商户后台的二维码信息，并通过esp8266发送给主控制器；python编写服务器程序和主控制器的c语言客户端程序相兼容，二者之间能够通信。

优选的，所述触摸显示屏的外形为长方体结构；所述箱体上部设置有与显示屏相互匹配的方框，所述触摸显示屏固定安装在该方框内部；并通过io端口与主控制器连接；

优选的，所述刷卡付费模块包括m1射频卡以及rfid读写器；所述m1射频卡以及rfid读写器的外形均为长方形板状结构；rfid读写器位于箱体内部并通过io端口连接主控制器，所述rfid读写器的上端固定区域放置m1射频卡。

优选的，所述负载设备包括多功能单相电表、灯泡以及继电器、交流接触器以及空气开关；其中，所述继电器、交流接触器以及空气开关位于箱体上表面左部；继电器的输入端通过io端口连接主控制器模块，输出端连接交流接触器；所述交流接触器位于箱体上表面左部，接触器另外一组端子连接空气开关的一个端子(l)和灯泡的一个端子；所述空气开关位于箱体上表面左部，一端连接220v交流电源，另一端的一个端子(n)连接灯泡的另外一个端子；所述灯泡固定安装在开关电源的上部，灯泡一个端子连接多功能单相电表的测量端子；所述多功能单相电表为pzem-004单相智能电表，固定安装于箱体内腔左侧，多功能单相电表的一端连接220v交流电源，另一端通过io口与主控制器模块连接；

优选的，所述打印机为dp-502嵌入式打印机，打印票据，位于箱体的外部，通过io端口与主控制器连接；所述指示灯嵌入安装在m1射频卡左下角的箱体上，通过io端口与主控制器连接，进行信息提示；通过主控制器模块对触摸显示屏、打印机和指示灯综合控制完成人机交互模块的数据管理。

优选的，所述电源模块包括220v交流电源一个及5v开关电源一个，220v交流电源为位于箱体外部的常用220v交流插座，5v开关电源与多功能单相电表并排固定安装在箱体内腔左侧，开关电源的外形为长方体结构，安装在长方体外壳内；用以对所述打印机和单相多功能电表及继电器提供5v工作电压；指示灯嵌入安装在rfid读写器左下角的箱体上。

优选的，所述的长方体外壳，采用阻隔防爆材料制作，内部设备之间连接及外壳均符合安全防爆要求；阻隔防爆材料产品是采用特殊铝合金系列材料及特殊的加工工艺制造而成的抑爆材料。

优选的，箱体为长方体结构，安装在其内部的器件之间连接均符合安全防爆要求；箱体包括相互匹配铰接安装的上壳及下壳；翻开上壳可对硬件进行拆卸，灯泡、空气开关、继电器及接触器均可以拆卸；上壳打开为stm32f103vet6处理器，可作教学功能讲解使用；在上壳关闭之后，上壳与下壳闭合位置的左侧2个拐角，采用角扣进行固定；角扣的外形为三角柱结构，角扣与箱体右侧拐角位置配合的一面开设有与箱体拐角相匹配的角槽，箱体的右侧拐角嵌入安装到角扣侧面的角槽内部进行固定；下壳内部为主控制器部分及硬件间的连接，用以教学讲解，叙述原理接线使用。

充电管理方法的具体操作步骤为：

(1)硬件模块接通电源后，开始上电：充电管理系统进入充电菜单，在触摸显示屏上输入待充电数值，相关数据信息通过触摸显示屏显示，并在主控制器中计算出充电金额；

(2)选择刷卡付费或扫码付费进行支付：刷卡付费的数据管理通过对m1射频卡的读写操作完成扣费；二维码扫码付费的数据通过商户后台进行管理，并记录在数据库中；

(3)付费成功充电：付费成功后接通所述继电器及接触器对灯泡供电，指示灯亮红灯提示开始充电，并对充电过程电压电流进行实时采集和显示；m1射频卡付费成功后通过软件编程控制继电器直接开通；二维码付费成功后通过运行在pc机上的服务器程序获取并发给商户后台的交易支付信息判断是否成功缴费；已充电能及充电过程中电压电流的数据通过多功能单相电表进行实时数据管理；

(4)充电结束：当输入充电电能和已充电能相等时结束充电，并由打印机打印票据，指示灯亮绿灯，充电结束；通过多功能单相电表判断充电结束时已充电能大小；通过m1射频卡的再次读写进行余额等数据管理，将消费等信息通过打印机打印成票据形式；

(5)充值及查询操作：如果进行充值及查询操作，则将m1射频卡放置在rfid设备固定区域上方，对m1射频卡进行读写操作实现充值；通过读操作将数据存储在主控制器中，再传输并显示在触摸显示屏上。

优选的，所述人机交互模块通过c语言进行编程，使用keil5开发软件在pc机上进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6的工作原理，触摸显示屏、指示灯和打印机及其各自特有的工作原理与编程设计方法，掌握fsmc、普通io口及串口工作原理及编程；

优选的，所述的电能计量功能模块通过c语言进行编程，使用keil5开发软件在pc机上进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6和多功能电表的工作原理，学习串口工作原理及编程。

优选的，所述的二维码付费模块使用python语言编写服务器程序和主控制器通信，在pc机上运行并调试；使用c语言编写客户端程序在pc机上编程调试，运行于主控制器；通过安装在pc机上的wampserver平台，使用thinkphp框架，使用php、html、java混合编程完成商户后台软件的设计；通过软件编程及调试，用以学习python、php语言，同时学习socket编程方法、esp8266wifi模块原理及编程方法、客户端及服务器工作原理及编程方法、数据库操作及二维码原理和编程设计方法。

优选的，所述的用户电能计费模块，通过c语言进行编程，使用keil5开发软件进行调试；通过软件编程和硬件原理教学，用以学习stm32f103vet6的工作原理，spi总线原理及编程方法、rfid设备原理及编程方法。

需要说明的是，本申请中使用的打印机、指示灯以及触摸显示屏、读写器、射频卡、电表、stm32f103vet6处理器均为现有技术产品；所有程序编写调试均在pc机上，且除python及商户后台程序外，所有c语言程序以一道主程序综合控制，即充电管理系统的相关功能和数据的管理方法由软件实现。

本发明的充电系统管理方法通过软件编程实现对充电管理系统数据信息的管理及操作，该过程涉及几近全部的stm32f103vet6相关原理知识及编程方法。

pc机用来编程、调试，同时运行商户后台和服务器两个程序。编程和调试功能同现有的单片机实验箱一样，都需要有上位机编程，然后通过仿真器或usb线下载进入单片机。这里的pc设备用途之一就是提供编程、调试的平台；同时由于其具备公网ip，可以和微信/支付宝服务器通信，商户后台才能获取二维码等信息，因此商户后台在编程完成后运行在pc设备上。服务器程序用来获取商户后台的二维码等信息，并通过esp8266发送给主控制器。由于python的自身性质，它和主控制器的c语言客户端程序是兼容的，可以通信。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1-9所示：

所述硬件结构包括外部的箱体1、主控制器模块、刷卡付费模块、打印机12、网络平台模块、负载设备、指示灯5、触摸屏4、电源模块和pc一台12；所述主控制器模块包括嵌入安装在所述箱体内部的stm32f103vet6开发板14、仿真器及usb线；所述刷卡付费模块包括rfid读写器3和m1射频卡一张3；所述网络平台模块包括esp8266wifi网络模块和商户后台，商户后台是由php、html和java进行联合编程的运行在pc设备12上的软件；所述负载设备位于所述箱体内部，包括任意灯泡一只8、pzem-004多功能单相电表一个7、交流接触器一个10、继电器一个11和空气开关一个9；所述电源模块包括220v交流电源14一个及5v开关电源6一个，220v交流电源14为位于箱体外部的常用220v交流插座，5v开关电源6位于箱体内部。现把所述模块布置在箱体中，所述指示灯5、打印机12、触摸屏4、rfid读写器3和继电器11分别通过不同的io端口连接stm32f103vet6开发板13的引脚上；所述继电器11输出端连接接触器10的输入控制端子，与之对应的另一端连接空气开关9的一个端子；所述接触器10的另外两个端子分别连接空气开关9的一个端子和灯泡8的另一个端子，所述空气开关9连接220v交流电源14；所述pc设备12连接主控制器模块，pc上运行有商户后台程序，具备公网ip，且和esp8266wifi网络模块在一个子网下；商户后台是由php、html和java进行联合编程的运行在pc上的软件，部署在所述pc设备12的公网用以同微信/支付宝系统通信。

确保系统按照所述硬件结构接线，系统上电后，主界面包含充电、充值、查询和帮助四个菜单。进入充电菜单，通过在触摸显示屏4上输入充电电能，数据在主控制器中计算出消费金额，在固定区域放置m1射频卡3，自动对卡中数据读写，完成扣费；如果使用扫码付费，以stm32f103vet6开发板13和esp8266网络模块作为客户端，所述pc设备2设备上的python程序作为服务器程序，该程序获取运行在所述pc设备12上运行的一个微信/支付宝扫码付费的商户后台程序的二维码，该商户后台程序基于wampserver平台使用thinkphp框架，主要使用php、html和java语言实现了pc设备2和微信/支付宝的支付通信，进而实现主控制器设备发送任意金额到python服务器程序，程序请求获得商户后台中的一个带有金额数值的二维码图片，再将图片数据传递回stm32f103vet6处理器13，把图片传输并显示在显示屏4上，用户扫码完成扫码付费。扫码付费完成接通继电器11和接触器10，开始对灯泡8供电，指示灯5亮红灯提示开始充电。通过多功能单相电表7可以实时检测并显示电压电流，计算已消耗电能，并通过io端口传输到主控制器设备，进而传输并动态显示在触摸显示屏4上。当计算电能等于输入充电电能时，结束充电，指示灯5亮绿灯提示充电结束，同时通过io口传递相关数据到打印机12打印票据，显示屏4显示充电信息。如果进入充值及查询菜单，则将m1射频卡3放置在固定区域上；充值时，把对触摸显示屏4的输入充值金额重新写入m1射频卡3，并具将最后结果显示在显示屏4上；查询时只读出数据显示在显示屏4上。整体流程图如图3所示，通过上述内容，用以学习stm32f103vet6的基础知识及编程方法，系统而全面的学习嵌入式开发技巧，学习网络技术相关知识及流行的电子支付方式编程技巧，进而全面学习系统管理方法，并基于此掌握与优化。

实施例2，如图6-8所示：

本申请的商户后台结合主控制器设计支持二维码扫码付费系统软件。本软件在phpstorm上进行开发，基于wampserver组件，软件设计方法上使用了thinkphp框架，利用流行的mvc编程模式，使用微信和支付宝支付接口函数完成系统开发，通过本实例2说明商户后台软件设计方法。

本发明所述管理方法完成了和微信或支付宝签约后的商户后台工作数据管理。在和微信或支付宝签约后，微信和支付宝提供商户各种接口函数和用户名密码，本软件使用这些用户名密码和接口函数实现二维码扫码支付。本设计既可以应用于手机等移动端支付系统中，也可以用于pc端支付，后者直接部署在相应pc设备2中即可。由于php自身具有强大的平台操作性，可以实现windows、linux等平台的兼容使用，运行平台兼容性强，降低了软件使用者的操作难度。本软件使用了模块化的设计，软件使用者可以快速了解本软件的功能和特点，从而方便地运行和调试本软件。同时本软件设计了数据库，实现每笔交易金额和相关信息的录入，并把数据库中信息导出，有利于公司企业做账，进一步提高系统实用性。

经由c编程的主控器的客户端程序发送充电金额给python的服务器程序，其请求商户后台获得二维码并传输回主控器，显示在触摸显示屏上。客户端和服务器之间使用socket编程，基于socket原理，本软件完全可以实现多台客户端机器向一台服务器申请资源，经测试，多台客户端同时向一台服务器申请资源运行稳定，速度较快。图8是两台充电桩的充电管理系统向一个服务器申请二维码资源，两程序基本同时运行。为方便测验，微信支付界面标题为账单发生时间。左边发生时间为2018.06.03的15:57:09，以红色框表示，右边客户端发生时间为2018.06.03的15:57:04，用黑色框标出，由订单时间验证本软件的正确性。

商户后台设计软件系统的控制原理如图7所示：

基于mvc模式，支付宝和微信设计流程基本一致，现以微信为例叙述：整个项目分为三个部分：控制器(c)、模型(m)、视图(v)。整个架构采用一个入口文件进入，一个入口文件对应一个应用级目录，该目录包含多个模块，一个模块包含多个控制器，控制器有多种方法来操作。视图就是一个html文件，可以单独编写但是必须和控制器相对应，模型一般用来操作数据库，控制器用以控制这个工程的逻辑。整个动态网页的设计如图7所示。

首先配置环境，部署文件后编写三个控制器函数：

indexcontroller.class.php；

paycontroller.class.php；

notifycontroller.class.php。

indexcontroller.class.php：用于控制展示入口html界面，对应的index.html负责提交一个表单，方式为“post”，处理输入的金额和付费方式并将这两个信息传入paycontroller.class.php中的submit方法，传入路径在index.html文件中<action＝"{:u('pay/submit')}">中设置好。

paycontroller.class.php：收到表单提交的信息后，随后调用微信的统一下单函数，自动执行图7所示流程：当paycontroller中的submit方法收到来自index页面的表单，将其打包并发送给微信支付端以请求二维码，微信服务器收到请求会返还二维码给控制器，控制器在页面上显示，同时检测check_status的状态，如果始终未支付则一直等待直到订单过期。在submit页面上有jquery的$.post函数不断给check_status发送订单号请求返还数据，该过程一直进行，因此只有支付成功check_status才会返还值作为post的返回值。当支付服务器发送支付状态信息给回调地址，notifycontroller控制器中的notify方法函数解析来自微信的数据并设置数据库状态标志位，该过程以虚线表示。当标志位置位时，check_status检测到标志位输出数据，submit页面post方法获得返回值，页面跳转，结束付费。

通过上述内容，用以学习电子支付开发原理及编程技巧，学习多种编程语言，进而学习、掌握与优化系统的管理方法。

实施例3，如图1-9所示：

本发明所述管理方法由软件系统实现，软件系统由四个模块程序构成，分别是：人机交互界面，充电电量计量，充电计费包括二维码付费和刷卡支付等功能的设计与编程，从而实现电动汽车充电桩充电管理系统的管理。

主要模块功能介绍如下：

(1)人机交互模块。充电桩作为直接面向用户的使用终端，良好的人机交互系统，能为用户提供更加方便简洁的操作。充电桩采用触摸显示屏4显示用户信息和系统信息，并进行信息的输入和计费情况的显示和相应操作下的页面跳转；通过程序设计优质的界面，提高人机交互效果；采用热敏打印机12打印票据；采用指示灯5进行信息提示，如充电时刻红灯亮，充电结束绿灯亮。电动汽车充电过程有大量的充电信息和操作需要按照合适的方式管理，通过软件编程以控制触摸显示屏4、打印机12等设备，可以实现对用户信息和用户充电信息和票据等进行较好的管理，提高人机交互体验。所述触摸显示屏4作为人机交互功能的物理媒介，程序设计流程如图10所示：在程序中通过所述stm32f103vet6开发板13操作其寄存器从而设定触摸显示屏为fsmc工作模式，并提前录入相关字模到开发板的flash中，根据其寄存器设置的中断检测触摸点位置，从而显示相应内容。

(2)电能计量功能的设计模块。本充电桩采用智能电能表7进行电能计量。通过本软件设计实现，主控制器通过串口与电能表7进行数据交换，并把电表传来的电压、电流和消耗电能在显示屏4上动态显示出来。电动汽车充电过程中最重要的数据就是充电电能和充电过程中的电压电流变化情况，每一时刻都应该有所体现并处于安全充电状态。通过软件编程以控制多功能单相电表7，便于管理充电信息，同时使得充电过程电压电流等数据清晰完整的体现在用户面前。

(3)二维码付费模块。本充电桩充电管理模块主要通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验。实现这一功能需要商户和微信/支付宝系统签约，并设计自己的商户后台。商户后台负责和微信/支付宝进行数据交互，包括生成订单、获取二维码和获取支付状态信息等功能。本发明考虑到商户后台设计的难度，设计一种新的方法：根据用户自身情况，先选择适合本平台的支付方式，在和微信或蚂蚁金服签约后获得相关账户；其次在所述电脑中编写软件程序，实现和微信或支付宝的支付通信。该部分软件基于wampserver平台，使用thinkphp框架，利用php等语言混合编程，获取微信或支付宝自身系统发来的二维码和支付状态等信息；接着通过s0cket编程利用python编写服务器程序并运行在pc设备2，使用c语言编写客户端程序并运行在stm32f103vet6，该程序可以使得二者相互通信。stm32f103vet6端13发送请求数据给所述电脑的python服务器程序，服务器程序自动获取已建立商户后台支付的二维码和支付状态等信息，并将这些页面中的关键信息如二维码和支付状态等信息发回stm32f013vet6。其中商户后台程序及平台部署在所述具有公网ip的pc机2上。电动汽车充电时使用二维码支付方式具有大量交易记录和充电数据，通过充电管理系统的管理方法，完全可以实现对于二维码扫码付费相关信息如交易记录、流水金额等进行管理，便于商业做账；同时便于教学，数据明了，深入浅出。其中，rfid设备程序设计流程如图5所示，二维码付费软件设计流程如图6-7所示。

(4)用户电能计费设计模块。本充电桩使用m1射频卡3作为用户的交易结算单元。通过软件设计实现对智能m1射频卡3数据的读取和写入，实现用户信息管理，主要功能包括刷卡支付、在线充值和查询功能。主控制器与智能卡之间使用spi接口进行通信，且读取m1射频卡数据程序流程如如图5所示。rfid设备3实现了三个功能：缴费、在线充值和查询。其中在线充值免去了m1射频卡3充值需要到固定区域带来的非及时性和不便。电动汽车在充电过程中电能计费和消费对于使用者来讲至关重要，过程涉及大量充电电能数据和消费金额、余额等信息，只有通过良好的软件编程，才能对数据进行合理管理，保障财产及充电数据有条不紊，提高人机交互效果。

通过上述内容，用以学习复杂系统编程，提高综合编程能力。

本发明所述管理方法的特点：

(1)程序调试方便。通过模块化设计，软件用户可以清楚地了解每个模块的功能，并根据自身需求方便地修改软件子模块的功能。从底层开发软件，对教学具有较好的辅助作用，大幅度提高使用者编程能力及对工程原理的理解；同时软硬件结合的模块化设计使得编程易于检验调试；考虑到工程实践的兼容，对程序进行修改，辅以器件的增删可应用于实际工程使用；由于编程语言为c、python、php均为具有强大的平台移植性语言，所述pc设备可以包括windows系统、linux系统等平台，能为使用者提供更加方便简洁的操作。

(2)运行可靠。本款软件在设计过程中经过了多次的实验验证，满足软件用户对软件可靠运行的要求。

(3)可移植性高。本款软件通过c、python、php、java和html语言编写完成，软件用户可以根据自身需求，方便地进行软件移植。

(4)成本较低，实用性强。本款软件除了c语言还用到了python来编写服务器函数，可应用于各种商户后台程序，同时支持微信和支付宝扫码支付，可移植性强。基于socket原理，本软件完全可以实现多台客户端机器向一台服务器申请资源，即多台充电桩可以同时向一台服务器申请获取二维码，经测试，多台客户端同时向一台服务器申请资源运行稳定，速度较快；商户后台设计的数据库部分可以查询并导出交易数据，便于账目校验；由于多台负载可以向同一台服务器申请二维码，降低了服务器的成本，同时本发明所述硬件结构的器件及整体制造成本低。

(5)便于二次开发。本款软件商户后台编程使用了thinkphp框架，使用mvc模式开发，除必要的服务器入公网费用，其余成本几乎为零。mvc的设计模式使得程序可以清楚的展现在使用者面前，完全可以二次开发成pc端的二维码付费软件。由于mvc模式将用户输入输出和逻辑控制完全分开，同一个工程可以分别交给前后端开发人员完成，降低了二次开发难度，有利于本软件的使用者使用。鉴于本工程涉及金额交易，在设计中加入了数据库操作，把每笔订单及交易金额、发生时间、原因都可以自动记录在数据库中，方便金额查账，对于企业等公司的运营起到了帮助作用，进一步提高了软件的实用性。本软件很多部分没有固定，而是开放出来，供使用者二次开发。c语言编写的充电桩基础功能完全可以二次开发如进一步扩展功能或修改功能参数；c语言编写的客户端部分程序可以根据需要发送不同的信息，服务器端也可以进行修改，可以同时支持微信和支付宝扫码付费。

(6)教学方便，综合性强。本款软件对学生综合编程能力要求高，是学生进行课外学习的良好模板，可以综合提升学生编程能力，有助于提高工程设计原理的理解；同时全面学习stm32f103vet6芯片性能及相关编程，提升嵌入式开发技巧。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。