仇婉蓉
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：小区电瓶车充电难的问题在小区里时常存在，本项目设计一个电动自行车智能充电平台控制系统，够解决当前小区物业管理电动车充电问题，该系统以 STM32F103ZE 芯片为核心主控部分，主要实现充电桩的计费功能、充电功能、手机APP 控制功能以及防护等功能。经过大量实践证明，该充电站降低物业管理难度，方便用户使用。
关键词：智能充电平台 STM32F103ZE 蓝牙模块 智能控制 控制系统 手机 APP
由于近年来电动自行车的增长速度过快，充电需求急剧增加，用户对于充电的便捷性与性的关注，使得本充电平台的市场潜力巨大。
目前市面上大多电动自行车充电器采用刷卡投币式充电站，数量不说，投币还给人带来不便，管理也给人带来不便，不人性化。根据市场需求，本项目能够解决当前小区物
业管理电动车充电问题，同时利用该充电站降低物业管理难度，方便用户使用。该项目基于互联网 + 的智能充电平台，对于用户注册，物业授权就可以充电。充电方式可以选择按月或按充电时间进行收费，系统自动结算、无需投币。项目创建初期，在苏州相关小区先进行推广，计划将覆盖全苏州。
1.1 设计方案
本设计主要运用 MUC 控制的灵活性，通过输出的电压测量采集电池组的工作状态，根据电池组电压的大小确定充电方式，实现充电桩的计费、充电、温度检测等多个信号的感测，
防止事故的发生。
1.2 硬件设计
本设计基于 STM32 为主控芯片的智能充电平台，本系统主要由 STM32F103ZE 单片机最小系统、蓝牙模块、控制模块、保护系统、以及手机 APP 组成，通过蓝牙模块与手机 APP进行通信。图 1 为智能充电平台系统结构图。
该系统通过 STM32 平台实现对充电桩的控制，实现充电桩的计费，充电功能，且通过温度、光线多个模块感测，防止事故的发生。
温度感应模块，实时感应，温度过高报警，发生火灾及时断电 ；蓝牙传输模块，充电桩与上位机之间信息的传输 ；光线感应模块（拓展，车棚内），识别当前环境的明暗程度，决定是否开灯 ；检测功率模块，防止一头多用的情况，功率异常发生警报，防止功率过大发生火灾。继电器控制模块，控制充电头的开关与单片机起隔离作用。
2.1 蓝牙模块
蓝牙模块采用 CH05 芯片，单片机给之供电，硬件系统部分是通过蓝牙与 APP 取得通信的，蓝牙传输采用的是单片机串口功能，分别是 RX 和 TX，而图中 TX 是发送信息，RX 是用来接收信息的。其中 TX 对应着单片机的 PA10 接口，RX 对应着单片机的 PA9 接口 . 将单片机蓝牙设置为主模式，手机APP 端为从模式。实现单片机与手机 APP 之间数据传输功能。图 2 为蓝牙模块电路原理图。方案及存在的问题.
2.2温度、光线、功率检测电路
本设计温度检测部分采用的温度传感器模块是DS18B20，给DS18B20提供一个3.3V 的电源，同时还在电路中加载一个10K的上拉电阻。DS18B20传感器1接单片机PB6口，DS18B20 传感器 2 接单片机 PB7 口，该模块功能就是采集加热膜装置上的温度值，通过信号线再传给单片机，便于单片机实时与上位机进行数据传输，从而能将温度值实时在上位机显示并且画出温度变化趋势图。图 3 为温度检测电路图
本设计光线检测模块利用光敏电阻对环境光线敏感来检测周围环境的光线的亮度，触发单片机或继电器模块等。在环境光线亮度达不到设定阈值时，DO 输出高电平，当外界环境光线超过设定的阈值时，DO 输出低电平 ；DO 输出端可以与单片机直接相连 ；通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变 ；模拟量输出 AO 可以与 AD 模块相
连，通过 AD 转换，可以获得环境光强更准确的数值。图 4 为光敏检测电路原理图。
2.3 驱动及功率检测模块
本设计电流检测模块直接并联在继电器其中一条线路中，输出端接单片机 IO 口读数，其中只使用了一路继电器，另一路闲置，为后期扩展留有余地。其中PA5口接的是控制端1。
图 5 为驱动电路以及电流检测模块原理图。
3.1 主程序设计
本设计软件部分的主程序设计流程如图 6 所示，首先进行系统初始化，包括对系统时钟配置、延时、NVIC 中断配置、LED 引脚配置与各个模块的初始化等。初始化完成后，显示初始界面，同时系统开始采集数据，等待顾客充电，待有充电指令时，继电器闭合，开始充电，当采集数据出现危险信号，继电器断开，断电 ；当充电结束，收到结束指令
3.2 显示程序设计
本系统显示模块主要分为两部分，一部分是正常的待机显示界面，另一界面则显示充电中界面，显示充电信息，充电时长，充电状态等，并不会显示用户个人信息，用户个人信息会显示在自己手机 APP 上，保护用户隐私。图 7 为显示程序设计流程图。
3.3 蓝牙程序设计
本系统蓝牙模块主要用来实现单片机与手机 APP 之间的通信，蓝牙的 RX、TX 与单片机 TX、RX 相连，发送字符串，手机 APP 通过蓝牙发给单片机相应指令（开始充电，充电定时等），单片机相应的发给手机充电桩的状态。图 8 蓝牙程序流程图。
3.4 温度检测程序设计
系统的温度是 DS18B20 传感器采集来的。先在系统初始化部分初始化了引脚，使用的是 STM32F303CCT6 芯片的 PB6 引脚，先复位 DS18B20，然后等待其回应，当检测到 DS18B20 存在时，发送跳过 ROM 指令 , 接着从 ROM 中读取指令，接着进行温度转换，然后在进行数值处理，发送给主控芯片。图 9温度检测流程图。
整个系统供电后，各个模块上点，首先 TFT 显示模块会显示当前温度功率等信息，之后手机 APP 可与单片机通过蓝牙通信，单片机发送给 APP 目前充电桩的状态信息，APP 控
制充电的进行。实物如图 10 所示。
图 10 实物测试图
安科瑞电动自行车充电桩通过GPRS模块与云端进行通信和数据交互。系统能够对电动自行车充电桩的日常状态、充电过程进行监控；实现充电支付对接：支持投币、刷卡、微信支付等多种支付方式，保证支付交易过程的完整性，对充电过程中的异常情况进行有效预警；实现对下游站级平台的清算、对账功能。平台可对接消防物联网平台、小程序等，提供相关异常数据，实现电动车充电管理的网络化、可视化。
5.1预警
对平台连接的所有充电桩状态进行监视，充电桩发生异常情况时可通过APP、短信及时向运营人员发出报警信号，及时消除火灾隐患。
5.2交易结算管理
平台为运营方提供充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表等，支持投币、刷卡和扫码充电。
5.3充电服务
可通过软件搜索附近充电桩，并查看充电桩状态，并导航至可用充电桩。可通过在线自助支付实现充电。
5.4运营分析
对订单进行数据化分析，通过柱状图、报表方式直观展示数据，并支持和第三方平台对接。
5.5微信小程序
可通过微信小程序扫码充电，充电账单支付。运营商和物业管理人员均可通过小程序管理，监测充电桩状态和充电交易情况。
5.6充电桩型号
ACX10A-YH
6 总结
(1)可同时充10辆电瓶车。
(2)尺寸空间大，投币箱容量大，内部空间充裕，具备充足的电气稳定性。
(3)实体按键设计，手感实在，使用寿命长。
(4)显示投币数、IC刷卡次数、IC卡余额，卡内余额语音播报。
(5)每次扣费和充电时间可调，可多次投币刷卡，充电时间自动累计。
(6)可根据客户需求开通免费充电功能、月卡功能和刷卡退费。
(7)可使用微信支付、支付宝支付、APP 支付。
(8)自动识别出现故障的线路，并伴有字母和语音提示。
(9)具有断电记忆功能，当出现断电，来电后可以继续使用剩余的时间充电。
(10)具有拔掉断电功能，当用户拔掉充电器，及时自动断电。
(11)具有充满自停功能，自动检测电瓶车充电状态，如充满则停止供电，计费时间清零。
(12)具有过载保护功能，能识别大功率电器，自动暂停供电，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电。
(13)具有短路保护功能，当出现短路，保险丝熔断确保稳定。
(14)具有按功率给时间功能，根据检测到的功率，按照设定时间开启充电。
(15)可选配联网烟感，当出现火情，可发送短信给指定责任人。
(16)过温保护功能，当检测机箱温度过高，停止充电。
(17)夜间断电功能，可设定夜间整机断电黑屏，禁止夜间充电。
(18)远程抄表，485电表数据采集上报。
本设计从“互联网 + ”应用出发，自主开发 APP，跟充电桩进行蓝牙连接，可以手机支付，自动检测电动车电量，判断电动车电量状态，根据其状态控制其充电电流，并且对其充电过程中所使用的电量进行统计并反馈到控制，控制最终根据充电用户的账户信息对其进行计费管理，经过大量调试证明，系统性能优异，能满足广大市民快捷方便的使用。
[1]关健生.基f-STM 单片机的智能锂电池组平衡充电器设计[J].通信电源技术 ,2014.31(6)．
[2]黄培元，俞梁英，朱雪建，范义武. 互联网 + 电动自行车智能充电平台
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06月版.
[4]智能电网用户端电力监控/电能管理/电气产品报价手册.2020.06月版.
作者简介：仇婉蓉,女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用。Email：2881780372@qq.com；手机：18702105278；QQ：2881780372.