本技术属于自动充电设备，具体涉及了一种基于单片机测控集群自动充电装置。
背景技术：
1、电动自行车是目前国内使用最广泛的交通工具之一，涵盖乡下农村、大小城镇。
2、从近年来电动自行车的使用情况来看，电动自行车的充电安全问题是最受到关注的问题，尤其是小区的电动自行车管理困难，车主因为技术原因或环境原因，车辆停的密密麻麻堆成一团，充电线路交错，个别电车突发性自燃极易波及整个车棚，甚至危及小区。
3、目前认为可能导致自燃的因素可以归纳为三个，第一，管理因素，私拉电线、改装线路、线路混乱、无消防预警、无线路保护。第二，厂家因素，充电器无过充、过流、过热、漏电保护，亦无涓流充电、充满断电功能。第三，不可抗因素，线路老化、充电器老化、电池老化。
4、电动自行车的电力需求有三个特点：流动性、多样性和分时性。移动性是指电动自行车作为交通工具的实时移动性；多样性是值如何适用于不同的电动自行车，因为每个品牌的充电要求可能会时不时变化；分时性是指人们在不同时间对不同充电需求的充电站的影响。在传统的充电电池市场中，充电电池主要与电动自行车和充电器一起移动，这些充电电池通常以非常小的数量分散在住宅区和街道的零散角落，不再能够满足于当前电动汽车的高充电需求。
5、一车一充电器，好处是车车有充电器，但是该充电方式有不少缺点：目前电动自行车往往和充电器是两个不同厂家，因此造成充电器厂家混乱，质量参差不齐，大部分电动自行车配套的充电器没有充满自停保护，也没有涓流充电保护，没有完全考虑电动自行车车主的充电习惯，也完全没有考虑适应当今的电动自行车充电形式要求。每车一充电器，器器不一样，造成充电器型号厂家众多，对社会资源造成了浪费，安全性能也同样得不到保证。
6、就国内而言，目前不少小区、出租房东应对当今的电动自行车充电形式，纷纷推出了各种集中式充电方式，最常见的一种形式是计费式充电，形式为：一个主控制器，控制一排220v插座，通过扫描或者投币等形式，临时开通某一个插座的220v电源。
7、但是该形式仅仅只是提供了一个集中式的充电平台，没有从根本解决充电器众多问题；对电网和蓄电池安全监控力度不够；没有和消防系统对接。
8、国内集中式充电器厂家数量不少，但是主要核心都是围绕着效率、计费、拓展端口方向考虑，没有深究其根本，缺乏革新充电形式的坚定决心。
技术实现思路
1、本实用新型的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种基于单片机测控集群自动充电装置。本实用新型能够实现统一充电形式和充电地点，规范小区电动自行车充电管理，提升安全性。
2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
3、一种基于单片机测控集群自动充电装置，包括主控制器、接线栏、收纳口和充电线；所述接线栏内部设有若干根与主控制器连接的电源线；所述收纳口和充电线配套布置，并且所述收纳口固定安装在接线栏上，所述充电线的一端伸入接线栏内部与电源线连接，另一端为品字接头；所述收纳口的外形与充电线的品字接头的外形相匹配；所述主控制器主要由前端保护电路、ac/dc转换电路、后端控制电路、单片机控制单元和显示单元组成；所述前端保护电路、ac/dc转换电路、后端控制电路依次电性连接；所述前端保护电路还外接电网，所述后端控制电路与接线栏的电源线电性连接；所述前端保护电路、后端控制电路、显示单元还分别与单片机控制单元相连接。
4、在本实用新型中，主控制器作为主控单元，负责充电控制、信号采集、安全保护、人机交互等工作；接线栏外部作为固定收纳口和充电线的结构件，内部作为布线空间；充电线是品字线，一端固定在接线栏上，一端是品字接头，可以插入电动自行车的充电端子上；收纳口作为充电线的收纳端口，可以将品字接头固定在接线栏上（类似目前的电动汽车的充电枪的安装结构）。
5、在本实用新型中，主控制器设计了五个功能电路部分，其中：
6、（1）前端保护电路，连接电网，主要负责监控交流侧电压、电流，实时计算交流侧功率，一旦发现功率异常，可及时切断电源。同时该部分还具有防雷防浪涌的作用，是不可缺少重要部分，可以有效降低电网因素所造成的设备损坏。
7、（2）ac/dc转换电路，主要负责交流电转换成直流电，提供系统和用户所需要的充电电源；可以通过485通讯方式和单片机控制单元通讯，同时也自带过流过压保护电流。
8、（3）后端控制电路，连接到用户端，实时监控输出的电流电压，一旦出现过流、过压、过温情况，可及时断电。
9、（4）单片机控制单元，主要负责信号采集、充电控制、安全保护、人机交互等功能，是最核心部分。
10、（5）显示单元，主要是人机交互功能，显示信息以及用户按键控制等功能。
11、作为本实用新型进一步说明，所述前端保护电路包括依次连接防雷浪涌模块、漏电检测模块、电流电压检测模块和继电器ⅰ；所述防雷浪涌模块、漏电检测模块、电流电压检测模块和继电器ⅰ还分别与单片机控制单元相连接。
12、在本实用新型中，电网侧的电能分别经过防雷浪涌模块、漏电检测模块、电流电压检测模块、继电器ⅰ才能输出到后端；而在这个过程中，单片机会实时读取电路中的漏电、电、电流情况，确保后端电路不发生异常；检测异常时，单片机立即断开继电器ⅰ，并输出报警信息到显示单元。
13、作为本实用新型进一步优选说明，所述防雷浪涌模块包括保险丝f1、压敏电阻r30、放电管t2、安规x电容c18、安规x电容c19、共模电感l1、安规y电容c20和安规y电容c21。
14、保险丝f1：保险丝是设备安全的最后一道安全线，一旦设备出现意外故障，保险丝可以避免最恶劣的情况发生。一般保险丝取150%额定电流，确保及时安全的熔断。
15、压敏电阻r30和放电管t2：雷击与浪涌是经常危及设备安全的重要因素之一,其主要特征为瞬间过压。针对该问题，采用压敏电阻和放电管接到零火线上。压敏电阻和放电管在过高电压情况下，相当于电阻值很小的电阻，线路上的高压电，顺着压敏电阻和放电管释放，确保了后端电路的安全。此外考虑到，压敏电阻具有比较大的漏电流，和放电管一起使用可以降低不必要损耗，且可以对压敏电阻有一定保护作用。
16、安规x电容c18、c19：安规x电容主要是为了满足emc要求，消除部分差模干扰，提高设备可靠性。
17、共模电感l1：共模电感主要是为了满足emc要求，消除部分差模干扰，减少辐射，提高设备可靠性。
18、安规y电容c20、c21：安规y电容主要是为了满足emc要求，消除部分共模干扰，提高设备可靠性。
19、作为本实用新型进一步优选说明，所述漏电检测模块包括电流互感器p3、整流桥d4、电阻r9、电容c13、电阻r6、电容c12、二极管d3和电阻r7。
20、漏电检测模块采用电流检测电路设计，将零火线穿过同一个传感器，在正常情况下零火线输入电流等于输出电流，一旦发生漏电，输入输出不相等，传感器即可获得信号，经过电阻转换电压信号即可。
21、作为本实用新型进一步说明，所述电流电压检测模块由电压检测电路和电流检测电路组成。
22、优选的，所述电压检测电路包括电压互感器p13、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、整流桥d2、电阻r4、电容c2、电阻r1、电容c1、二极管d1和电阻r2。
23、电压互感器p13采用zmpt107电压传感器；零火线通过四个30kω的0805封装电阻（r20、r21、r22和r23）输入到zmpt107原边1和2脚，四个0805封装电阻刚好满足电压和功耗要求。zmpt107的二次侧接入到整流桥，经过电阻r4转换成电压信号，又经过电容c2和c1两级滤波，滤成较为平滑的正弦波，方便单片机读取电网侧的电压有效值。
24、优选的，所述电流检测电路包括电流互感器p4、整流桥d7、电阻r31、电容c23、电阻r27、电容c22、二极管d6和电阻r28。
25、电流互感器p4采用zmct102电流传感器；p4是传感器输入端，经过整流桥d7和电阻r31转换成电压，同时经过电容c23和c22两级rc滤波，可以得到平滑的正弦波。
26、作为本实用新型进一步说明，所述后端控制电路包括若干个dc/dc电源模块、电流采样与保护模块和继电器ⅱ；所述dc/dc电源模块、电流采样与保护模块和继电器ⅱ还分别与单片机控制单元相连接。
27、作为本实用新型进一步说明，所述dc/dc电源模块由输入使能电路和buck拓扑电路组成。
28、优选的，所述输入使能电路包括开关管q1、开关管q4和开关管q5。
29、q1、q4、q5构成的输入使能电路，由单片机io的pa11脚控制。在pa11高电平时候，q4导通，q1的3脚电压大于1脚电压，q1满足导通条件；若pa11低电平，q4截止，q1的3脚电压等于1脚电压，q1不满足导通条件。而q5是由后端过流保护信号控制，一旦触发电流保护，q5导通，q4将会被强行关闭。
30、优选的，所述buck拓扑电路包括开关管q3、开关管q6、电解电容c5、电解电容c6和电感l1。
31、由q3和q6作为开关器件，c5、c6和l1作为储能滤波元件，实现控制电压控制电流的目的，满足各个电池电压等级的变换与三段式充电方法的实现。
32、作为本实用新型进一步说明，所述电流采样与保护模块由直流电流采样电路和直流电流保护电路组成。
33、作为本实用新型进一步说明，所述单片机控制单元包括单片机系统和自举驱动电路；所述单片机系统采用stm32f103c8t6单片机作为核心控制芯片；所述自举驱动电路采用国产自举芯片eg2104。
34、本实用新型采用最常用的自举驱动电路，该电路目前被广泛使用在中小功率开关电源场合中，使用物件少，电路简单，成本低。国产自举芯片eg2104的工作频率高达500khz，驱动能力2/2.5a，自带100到300ns的死区控制，满足本实用新型的使用需求。
35、本实用新型采用stm32f103c8t6单片机作为核心控制芯片，stm32f103c8t6是一款armcortex-m内核的32位微控制芯片，运行主频72m或者，具有12个通道的adc采样通道，4个定时器，满足本实用新型的工作需求。
36、作为本实用新型进一步说明，所述主控制器还包括火光检测模块；所述火光检测模块主要由火光检测传感器、继电器ⅲ和蜂鸣器组成；所述火光检测传感器、继电器ⅲ分别与单片机控制单元相连接；所述继电器ⅲ串接在外部消防系统的控制回路中。
37、增加火光检测模块，能够更好的对接消防系统，如果检测到火光，将启动蜂鸣器报警，如果火光持续1分钟以上，单片机可以判断为火焰事故。为了更好的对接消防系统，通过市面调研，发现无源的继电器接口是适应性最广泛的。因此此时单片机立即打开继电器ⅲ，继电器ⅲ的刀闸闭合，消防系统获得信号。
38、与现有技术相比较，本实用新型具备的有益效果：
39、1.本实用新型结构简单、生产及维护成本低、安全可靠，规范了小区电动自行车的充电管理。
40、2.本实用新型配套了标准品字接口的充电线，无需用户另外准备充电器，对输出电压进行了统一管理，有效避免了参差不齐的充电器可能引起的安全事故。
41、3.本实用新型在前端保护电路中设计了防雷浪涌模块，在电网输入端进行多级浪涌防护，避免电网可能出现的雷电、浪涌等因素可能导致用户充电回路损坏，甚至电瓶损坏。
42、4.本实用新型增设了火光检测模块，且接入消防系统，当检测到范围内有火光，将会提示报警声，切断电源；同时向消防系统输出信号。
43、5.本实用新型采用了压敏电阻、放电管、共模电感、安规电容等措施进行雷击浪涌安全保护，并设计了多级传感器进行电压、电流、漏电和防浪涌检测，一旦出现欠压、过压、过流、漏电和浪涌情况可以立即断开电网电源，保证电动车充电桩和电动自行车的安全。
44、6.本实用新型设有显示单元，相关人员可以通过主屏幕来观察和控制充电电压、充电电流和充电时长，当主机发生欠压、过压、过流、漏电等故障时，可通过屏幕提醒维修。
45、7.本实用新型采用了stm32单片机，可以将多个功能模块进行信息汇总和控制。