一种基于RS485通信的充电堆计费单元的制作方法

本实用新型涉及充电堆收费系统，具体涉及一种基于RS485通信的充电堆计费单元。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。电动装的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。传统的充电桩需要一车一桩，这就意味着一个车需要一个停车位，这样需要占用大量的土地才能满足当今充电桩的缺口，而当今土地是最紧缺的资源之一。充电堆与充电桩相对，充电堆一般指的是箱式充电设备，也就是把整站的充电模块都集中在一起，变成了一个集中的充电模块的堆，充电模块就变成了集中控制，充电堆相当于在一个充电桩上设置多个充电枪，这样不仅能够统一控制充电堆的充电枪的功率，还能减少占地面积，进一步的提高了电动汽车充电的效率。充电堆的充电堆计费单元的准确性、安全性和可靠性直接关系到电动汽车的可靠运行和全面发展，而计费系统在出厂前检测项目不够完善，仅仅依靠电能表的计量进行计费，没有反馈系统对计费单元进行再次检测，导致在实际使用中用户计费的准确性不高。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，目的在于提供一种基于RS485通信的充电堆计费单元。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于RS485通信的充电堆计费单元，包括主控模块、计量模块、电压采样模块、电流采样模块、通信收发器、上位机、第一电平转换模块、微型打印机、第三电平转换模块、IC识别模块、第二电平转换模块、显示装置、充电模块，所述电压采样模块与计量模块通信单向连接，所述电流采样模块与计量模块通信单向连接，所述计量模块与主控模块通信单向连接，所述通信收发器与主控模块通信双向连接，所述上位机与通信收发器通信双向连接，所述第一电平转换模块与主控模块通信单向连接，所述微型打印机与第一电平转换模块通信单向连接，所述第三电平转换模块与IC识别模块通信双向连接，所述第二电平转换模块与主控模块通信双向连接，所述显示装置与第二电平转换模块通信双向连接，所述充电模块与主控模块通信双向连接；其中，通信收发器连接的主控模块个数至少为一个；

电压采样模块用于对充电堆的电枪的电压进行采样；电流采样模块用于对充电堆的电枪的电流进行采样；计量模块用于接收电压采样模块的电压信号与电流采样模块的电流信号，并对其进行处理得到电能信号，最后再将电能信号转换为脉冲信号发送至主控模块，所述计量模块采用BL0929；通信收发器用于主控模块与上位机之间的信息交换，所述通信收发器采用RS485；上位机用于统筹充电堆的充电信息；微型打印机用于为用户打印充电缴费凭证；IC识别模块用于对充电用户的身份进行验证；显示装置用于充电堆与用户之间的信息交互；充电模块用于为电动汽车充电；主控模块用于接收计量模块的脉冲信号、接收IC识别模块的用户信息、控制微型打印机打印充电缴费凭证、控制显示装置显示相关充电信息、控制通信收发器与上位机之间进行通讯、并与充电模块之间进行信息交互。

现有技术中，很多仪表采用的都是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但是这种方式不能实现联网功能，随后出现的RS485解决了这个问题。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机，而这正对应了充电堆的特点。充电堆设置有多个充电枪，即对应多个充电系统，利用RS485，可以实现多个充电系统与一个上位机之间的通讯；减少了上位机的通讯节点，降低通信系统的复杂程度。由于电动汽车推广不久，其充电桩的收费系统并没有统一的标准，导致收费系统的准确性较低，收费系统的准确性低对充电桩的所属营业单位以及充电的用户得影响都很大。当用户使用IC识别模块识别身份后，用户通过显示装置控制充电模块与电动汽车之间的充电模式，充电开始后，电压采样模块对电压进行采集，电流采样模块对电流进行采集，电压信息和电流信息传输至计量模块，计量模块将对电压信号和电流信号进行乘法器处理得到电能信号，再根据计量模块设置的工作模式以及输出倍率将电能信号转换为脉冲信号；脉冲信号送入主控模块中的计数器进行计数，计量模块采用的是BL0929，属于双向计量型器件，脉冲信号属于高信号与低信号翻转形成的，计数器对高信号和低信号的个数分别计数，即对正负功率均进行计量，可用于后期校验。主控模块将计数器的数据及时通过通信收发器传输至上位机进行存储；同时，主控模块依据计数器的数据计算充电费用并进行计量；当用户充好电后，上位机针对接收到的电量信息进行一次费用计算，将一次费用信息传输至主控模块，主控模块本身单独再根据计数器的计量对费用进行二次计算，主控模块将一次费用信息与二次费用信息进行比对，如果相同则控制微型打印机将用户的用电量和用电费用打印在凭证上并交给用户；如果不相同，则将该用户以及用户充电的具体信息做备份，主控模块将一次费用信息打印在凭证上交给用户，用户根据凭证上先进行缴费，后期待核查一次费用信息和二次费用信息的正确性再通知该用户具体的事件内容。

进一步地，计费单元还包括车牌号记录模块，所述车牌号记录模块与主控模块通信单向连接，所述车牌号记录模块用于记录连接的电动汽车的车牌号。车牌号记录模块可以采用摄像头进行拍照或录像，有助于缴费后期出现问题时容易辨认是否是该用户。

进一步地，计费单元还包括状态监控模块，所述状态监控模块与主控模块通信双向连接，所述状态监控模块用于监控充电堆的工作状态。状态监控模块用于对充电堆的充电状态进行监控，包括充电枪的进线输入电压、充电输出电压、电量、充电接口连接状态、车载电池管理系统状态、车载电池状态等，一旦出现异常，能能够及时切断电源输出，保护电动汽车、电池以及充电堆本身的安全。

进一步地，状态监控模块包括模拟量监控模块、开光量监控模块、保护控制监控模块。模拟量监控模块检测的输入电压、输出电压、输出电流、充电连接状态等模拟类信号，开关量监控模块检测的是充电允许开关、防雷跳闸、急停开关、防盗开关等开关量信号，保护控制监控模块检测的是保护停机、急停停机、充电输出以及充电过程中的状态量。

进一步地，第一电平转换模块、第二电平转换模块、第三电平转换模块均采用RS232。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本实用新型依赖于主控模块、计量模块、电压采样模块、电流采样模块、第一电平转换模块、微型打印机、第三电平转换模块、IC识别模块、第二电平转换模块、显示装置、充电模块对充电堆中单个的充电枪的相关信息进行采集完成收费的计算，还依赖于通信收发器、上位机对充电堆中各个的充电枪的相关信息进行统筹管理，降低收费系统的复杂程度；还依赖于主控模块对一次费用信息和二次费用信息进行对比，提高收费单元的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型计量模块电路结构示意图；

图3为本实用新型通讯收发器接口电路示意图；

图4为本实用新型显示装置电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，一种基于RS485通信的充电堆计费单元，包括主控模块、计量模块、电压采样模块、电流采样模块、通信收发器、上位机、第一电平转换模块、微型打印机、第三电平转换模块、IC识别模块、第二电平转换模块、显示装置、充电模块，所述电压采样模块与计量模块通信单向连接，所述电流采样模块与计量模块通信单向连接，所述计量模块与主控模块通信单向连接，所述通信收发器与主控模块通信双向连接，所述上位机与通信收发器通信双向连接，所述第一电平转换模块与主控模块通信单向连接，所述微型打印机与第一电平转换模块通信单向连接，所述第三电平转换模块与IC识别模块通信双向连接，所述第二电平转换模块与主控模块通信双向连接，所述显示装置与第二电平转换模块通信双向连接，所述充电模块与主控模块通信双向连接；其中，通信收发器连接的主控模块个数至少为一个；

电压采样模块用于对充电堆的电枪的电压进行采样；电流采样模块用于对充电堆的电枪的电流进行采样；计量模块用于接收电压采样模块的电压信号与电流采样模块的电流信号，并对其进行处理得到电能信号，最后再将电能信号转换为脉冲信号发送至主控模块，所述计量模块采用BL0929；通信收发器用于主控模块与上位机之间的信息交换，所述通信收发器采用RS485；上位机用于统筹充电堆的充电信息；微型打印机用于为用户打印充电缴费凭证；IC识别模块用于对充电用户的身份进行验证；显示装置用于充电堆与用户之间的信息交互；充电模块用于为电动汽车充电；主控模块用于接收计量模块的脉冲信号、接收IC识别模块的用户信息、控制微型打印机打印充电缴费凭证、控制显示装置显示相关充电信息、控制通信收发器与上位机之间进行通讯、并与充电模块之间进行信息交互。

现有技术中，很多仪表采用的都是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但是这种方式不能实现联网功能，随后出现的RS485解决了这个问题。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机，而这正对应了充电堆的特点。充电堆设置有多个充电枪，即对应多个充电系统，利用RS485，可以实现多个充电系统与一个上位机之间的通讯；减少了上位机的通讯节点，降低通信系统的复杂程度。由于电动汽车推广不久，其充电桩的收费系统并没有统一的标准，导致收费系统的准确性较低，收费系统的准确性低对充电桩的所属营业单位以及充电的用户得影响都很大。当用户使用IC识别模块识别身份后，用户通过显示装置控制充电模块与电动汽车之间的充电模式，充电开始后，电压采样模块对电压进行采集，电流采样模块对电流进行采集，电压信息和电流信息传输至计量模块，计量模块将对电压信号和电流信号进行乘法器处理得到电能信号，再根据计量模块设置的工作模式以及输出倍率将电能信号转换为脉冲信号；脉冲信号送入主控模块中的计数器进行计数，计量模块采用的是BL0929，属于双向计量型器件，脉冲信号属于高信号与低信号翻转形成的，计数器对高信号和低信号的个数分别计数，即对正负功率均进行计量，可用于后期校验。主控模块将计数器的数据及时通过通信收发器传输至上位机进行存储，如图3所示，为通讯收发器的接口电路；同时，主控模块依据计数器的数据计算充电费用并进行计量；当用户充好电后，上位机针对接收到的电量信息进行一次费用计算，将一次费用信息传输至主控模块，主控模块本身单独再根据计数器的计量对费用进行二次计算，主控模块将一次费用信息与二次费用信息进行比对，如果相同则控制微型打印机将用户的用电量和用电费用打印在凭证上并交给用户；如果不相同，则将该用户以及用户充电的具体信息做备份，主控模块将一次费用信息打印在凭证上交给用户，用户根据凭证上先进行缴费，后期待核查一次费用信息和二次费用信息的正确性再通知该用户具体的事件内容。

如图2所示，计量模块在电压信号的接收部分采用了九个串联的电阻实现分压衰减，分压网络中的-3dB频率由两个并联电阻以及两个并联电容实现，两个通道之间的匹配采用f＝1/(2πR10C8)计算。电流信号的接收需要考虑通道平衡和分流器寄生电感的影响，采用RC滤波器实现对采样输入信号的滤波作用。BL0929有F1、F2、CF三个脉冲输出的引脚，前两者属于低速逻辑输出引脚，输出频率正比于平均有功功率。本实施例中，采用F1为脉冲输出端，本实施例的主控模块采用STM32F103，F1输出的脉冲信号送入主控模块的计数器TIM2中，同时将负功率指示脚REVP输出的信号送入主控模块的PE2中，启动计数后，CPU通过对PE2引脚状态的判断实现正负功率对应脉冲的计数，从而完成双向电能计量。

进一步地，计费单元还包括车牌号记录模块，所述车牌号记录模块与主控模块通信单向连接，所述车牌号记录模块用于记录连接的电动汽车的车牌号。车牌号记录模块可以采用摄像头进行拍照或录像，有助于缴费后期出现问题时容易辨认是否是该用户。

进一步地，计费单元还包括状态监控模块，所述状态监控模块与主控模块通信双向连接，所述状态监控模块用于监控充电堆的工作状态。状态监控模块用于对充电堆的充电状态进行监控，包括充电枪的进线输入电压、充电输出电压、电量、充电接口连接状态、车载电池管理系统状态、车载电池状态等，一旦出现异常，能能够及时切断电源输出，保护电动汽车、电池以及充电堆本身的安全。状态监控模块采用的是现有技术中的常规技术手段实现。

进一步地，状态监控模块包括模拟量监控模块、开光量监控模块、保护控制监控模块。模拟量监控模块检测的输入电压、输出电压、输出电流、充电连接状态等模拟类信号，开关量监控模块检测的是充电允许开关、防雷跳闸、急停开关、防盗开关等开关量信号，保护控制监控模块检测的是保护停机、急停停机、充电输出以及充电过程中的状态量。

进一步地，第一电平转换模块、第二电平转换模块、第三电平转换模块均采用RS232。

显示装置使用LCD触摸屏，如图4为显示装置电路图，微型打印机采用的是热敏打印机，显示装置和微型打印机是RS232电平，而主控模块采用的是TTL电平，所以采用电平转换模块对电平进行转换，便于显示装置以及微型打印机与主控模块之间的连接。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。