一种电动车充电控制系统

本发明涉及一种电动车充电控制系统，属于自动控制技术领域。

背景技术：

随着电动车的普及，住宅小区中出现了越来越多的电动车，如何对这些电动车进行管理和安全充电成了当前住宅小区物业管理需要解决的重要问题。目前小区物业管理因无充电计量设备，电动车车主为了给电动自行车充电，通常采取的方法是从自家窗口扔下一根很长的临时电源线，造成了单元楼前乱拉乱扯电源线，给小区安全带来极大隐患；还有的车主采取的方法是将电瓶取下来抬回家进行充电，既不安全，也费时费力。有些小区为车主设立了充电电源，以方便车主充电，但因为没有计量设备，对收费的多少一直存在争议，导致物业不能及时收取电费。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多路电动自行车充电控制系统，该控制系统能够定时或实时检测多辆电动车的充电电流，通过刷卡或投币的方式结费，方便对住宅小区等公共场所的电动车进行充电计费控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电动车充电控制系统，包括主控单元、选择按钮模块、继电器控制模块、电流检测模块、刷卡模块和投币模块；

选择按钮模块用于接收外部输入选择的充电线路信号，反馈给主控单元；

继电器控制模块根据接收的主控单元的指令，控制对应的继电器得电或失电，使继电器控制的充电主回路连通或断开，对连接在该充电主回路上的电动车进行充电或断电；

电流检测模块连接在充电主回路中，对充电主回路中的充电电流进行实时检测，并将检测的信号输入主控单元，由主控单元计算充电量及对应的电费；

刷卡模块与主控单元连接通信，将主控单元计算的电费金额通过读卡芯片从所接收到的ic卡中扣除；

投币模块将检测到的投币信号反馈给主控单元，主控单元执行验币检测程序，当验证为真币及其面值时，根据选择按钮模块反馈的触发充电线路信号控制继电器控制模块，启动对应的继电器对其所在的充电主回路中所连接的电动车按照投币面值对应的充电时长进行充电。

进一步地，充电电流检测模块包括电流互感器，电流互感器初级的两个输入端连接在充电主回路中，采集充电主回路的充电电流，次级两个输出端与取样电阻并联，取样电阻将感应的交流充电电流转换成交流电压信号，经过运算放大器放大，再经过整流和滤波，将交流电压信号平均为直流电平信号，输入到主控单元。

进一步地，继电器控制模块包括光耦电路和继电器；主控单元输出的控制信号经过光耦电路隔离后连接到继电器线圈的一端；继电器的常开触点连接在充电主回路中，当继电器线圈得电或失电时，常开触点吸合或断开，使充电主回路连通或断开。

进一步地，投币模块中，采用光电耦合器来检测投币信号。

进一步地，执行验币检测程序时，与存储的真币进行比对，若比对为不一致则判断为假币，将该假币重新吐出，并且不启动充电程序；若比对为一致则判断为真币。

进一步地，刷卡模块采用3.3v电压供电，通过spi接口与主控单元的主控芯片相连接通信，包括rc522a读卡芯片。

进一步地，刷卡模块读取到ic卡时，向主控单元反馈启动充电程序的信号，主控单元根据选择按钮模块反馈的触发充电线路信号控制继电器控制模块，启动对应的继电器对电动车进行充电；

当电动车充满或选择按钮模块收到触发关闭充电线路信号时，反馈给主控单元，主控单元控制继电器控制模块，使对应的继电器失电，停止对电动车进行充电，并将主控单元计算的电费金额通过rc522a读卡芯片从充电人所刷的ic卡中扣除。

进一步地，还包括一语音提示模块，将接收的主控单元计算的充电量及对应的电费信号转换为语音信号并播出。

进一步地，还包括一lcd显示模块，lcd显示模块从主控单元接收显示指示信号，用于显示主控单元计算的充电量及对应的电费或投币面值。

进一步地，选择按钮模块、继电器控制模块和电流检测模块均为多路。

进一步地，主控单元采用stc12c5a16s2作为主控芯片。

本发明所达到的有益效果：

本发明的电动车充电控制系统集成有刷卡和投币两种收费方式，收费方式灵活，可适应不同人群的付费习惯，满足充电使用者所需的付款方式需求；

本系统可以同时实时检测多路充电电流，或关断各路充电，实现同时对多辆电动车的充电控制，同时解决了住宅小区等公共场电动车充电不安全和计费不精确、收费难的问题；

附图说明

图1是本发明实施例的系统框图；

图2是本发明实施例的电流检测模块电路图；

图3是本发明实施例的继电器控制模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的电动车充电控制系统主要由以下几部分组成：一种电动车充电控制系统，其特征是，包括主控单元、选择按钮模块、继电器控制模块、电流检测模块、刷卡模块、投币模块和lcd显示模块；

选择按钮模块用于接收外部输入选择的充电线路信号，反馈给主控单元；

继电器控制模块根据接收的主控单元的指令，控制对应的继电器得电或失电，使继电器控制的充电主回路连通或断开，对连接在该充电主回路上的电动车进行充电或断电；

电流检测模块连接在充电主回路中，对充电主回路中的充电电流进行实时检测，并将检测的信号输入主控单元，由主控单元计算充电量及对应的电费；

刷卡模块与主控单元连接通信，将主控单元计算的电费金额通过读卡芯片从所接收到的ic卡中扣除；

投币模块将检测到的投币信号反馈给主控单元，主控单元执行验币检测程序，当验证为真币及其面值时，根据选择按钮模块反馈的触发充电线路信号控制继电器控制模块，启动对应的继电器对其所在的充电主回路中所连接的电动车按照投币面值对应的充电时长进行充电；

lcd显示模块从主控单元接收显示指示信号，用于显示主控单元计算的充电量及对应的电费或投币面值。

在主控单元的控制下，相互协调工作，保证了充电智能控制和对充电电流的准确计费。

下面对几个主要部分进行详细说明，本实施例中以同时控制8路充电线路为例，在其他实施例中，可根据选择的主控芯片型号，对应配合实现控制多路充电线路。

1、主控单元

考虑到系统对运行速度的要求，本实施例中，主控单元的主控芯片选用stc12c5a16s2。该芯片是宏晶公司生产的单时钟/机器周期(1t)单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但是速度快8-12倍。片内程序存储器空间为16kb，数据存储器除了在内部集成了256字节的ram外，还集成了1024字节的扩展ram，10位精度adc，共8路，转换速度可达250k/s。

依据stc12c5a60s2主控芯片的引脚特性，本实施例的设计中，8路选择按钮模块占用主控芯片p0.0～p0.7共8个端口，通过这些端口接收外部输入的选择的充电路数信号，电流检测模块连接在主控芯片p1.0到p1.7口，对8路选择按钮模块对应选择的充电路数进行电流检测，并将检测的信号由主控芯片对应端口输入内部adc转换后，计算充电量及对应的电费；刷卡模块占用p2.0到p2.3口，用于与主控芯片相连接通信，将主控芯片计算的电费金额通过读卡芯片从充电人所刷的银行卡中扣除；8路继电器控制模块由p2.4～p2.6口输出信号控制，通过这几个端口接收主控芯片输出的充断电信号；lcd显示模块连接在p3.6～p3.7和p4.0～p4.2口，通过这几个端口接收显示指示信号。

2、充电电流检测模块

采用电流互感器检测充电电流，具体电路如图2所示。电流互感器t2初级的两个输入端连接在电瓶充电主回路中，采集电瓶充电主回路的充电电流，次级与取样电阻r2并联，取样电阻r2将感应的交流充电电流转换成交流电压信号，经过运算放大器lm324放大，再经过整流二极管d2整流，滤波电容c4滤波，将交流电压信号平均为直流电平信号，最后送到主控单元的主控芯片采样，由主控芯片计算充电量及对应的电费。

3、继电器控制模块

主控单元对充电电源的控制本质就是对继电器的控制。继电器控制模块电路其中一路如图3所示。主控单元输出的控制信号先经过光耦电路u1隔离，再经过uln2003an扩流提高驱动能力后连接到继电器线圈的一端；继电器的常开触点连在电瓶充电主回路的接触器线圈回路中，当继电器线圈得电时，常开触点吸合，电源接通，为该路继电器控制模块控制的电动车充电。

4、投币模块

采用光电耦合器来检测投币信号，当硬币投下后经过管道滚到光电耦合器处，挡住光束，光电耦合器中的三极管截止，输出高电平，经过74ls04反相后产生下降沿，送入主控芯片的中断引脚产生中断，执行验币检测程序，与存储的真币进行比对，若比对为不一致则判断为假币，将该假币重新吐出，并且不启动充电程序；若比对为一致则判断为真币，将真币投进硬币仓库并向主控单元反馈启动充电程序的信号及该面额的硬币应对的可充电时长信号。主控单元收到启动充电程序的信号及该面额的硬币应对的可充电时长信号时，根据选择按钮模块反馈的触发充电线路信号控制继电器控制模块，启动对应的继电器对该充电线路中所连接的电动车进行充电，当电动车的充电时间到达充电时长时，主控单元控制继电器控制模块，使对应的继电器失电，停止对电动车进行充电。

通过投币模块投币付费的方式是预付费用，因此充电人需要先投币才能启动充电程序，所以充电人可根据自己的需求预估选择充电时间，对应投入对应金额的硬币，满足使用现金付费的充电人的需求。

为了简化验币检测程序等相关方案，本实施例中投币模块所接收的钱币设置为硬币，在其他实施例中也可以包括纸币。

5、刷卡模块

为了方便计费与收付费，除了投币方式以外可以采用刷卡计费。刷卡模块采用rc522a读卡芯片，该芯片利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56mhz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持14443a兼容应答器信号。数字部分处理iso14443a帧和错误检测。模块采用3.3v电压供电，通过spi接口可以直接与主控单元的主控芯片相连接通信。当刷卡模块读取到ic卡时，向主控单元反馈启动充电程序的信号，主控单元根据选择按钮模块反馈的触发充电线路信号控制继电器控制模块，启动对应的继电器对该充电线路中所连接的电动车进行充电。当电动车充满或选择按钮模块收到触发关闭充电线路信号时，反馈给主控单元，主控单元控制继电器控制模块，使对应的继电器失电，停止对电动车进行充电，并将主控芯片计算的充电费用金额通过rc522a读卡芯片从充电人所刷的ic卡中扣除。

通过刷卡模块刷卡付费的方式是先用电后付费，充电人可以随时通过对选择按钮模块进行再次触发，判断该路对应的输入充电电流，主控芯片检测到选择按钮模块触发关闭信号后，向继电器控制模块发出指令信号，关闭该路对应的充电电源，电动车停止充电。主控单元向lcd显示模块发送显示指令信号，lcd显示模块显示此时该路充电费用，费用可实时精确地显示，充电人通过刷卡付费，避免了不能准确预估费用，造成预充费用多，而实际充电时间未到就已经充满电量而造成的浪费费用的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。