轿车是现代生活中不可或缺的交通工具，但随着能源危机和环境污染问题日益严峻，传统燃油轿车的开展面临着越来越大的压力。电动轿车凭仗其在环保和节能等方面的优势，已成为轿车工业开展的必然趋势。但是，电动轿车要想得到快速广泛的遍及，便利高效的电能补给网络建造是重要的条件之一。充电体系为电动轿车运转供给能量补给，是电动轿车的重要根底支撑体系，也是电动轿车商业化、产业化进程中的重要环节。沟通充电桩是指固定设备在电动轿车外，与沟通电网衔接，为电动轿车车载充电机供给沟通电源的供电设备。
1、 全体方案规划
本文研发了一种落地式沟通充电桩，外观如图1所示，该沟通充电桩设备便当，运用简略，可布设于充电站、停车场等室内或室外场所。
1．1 功用需求剖析
首要，作为电动轿车电能补给设备，体系有必要采纳必要的安全防护办法，向车载充电机牢靠地输出高质量的沟通电能，一起保证操作人员及设备的电气安全。其次，精确的电能计量及收费是体系的基本功用，要满意分时段多费率的运用要求。终究，一个友善的人机接口界面及便利的操作流程规划，能够给用户留下愉快的运用体会，从而使产品更简单为市场所承受。
1．2 模块化结构规划
依据沟通充电桩的功用需求，对体系进行了模块化规划，包含沟通输入操控模块、沟通输出操控模块及中心办理模块，如图1所示。
各模块首要完结的功用如下：
（1）沟通输入操控模块。完结沟通电能的计量，沟通供电操控，电气安全防护等。
（2）沟通输出操控模块。完结充电电缆衔接判别，与车载充电机进行通讯。
（3）中心办理模块。完结人机交互、用户身份辨认、计量收费、数据办理和通讯、沟通输入／输出模块操控，以及毛病诊断等功用。
2、 沟通输入／输出操控模块规划
2．1 沟通输入操控模块
沟通输入操控模块由断路器、保护设备、电能计量设备、沟通接触器及急停按钮等设备组成，硬件框图如图2所示。
断路器和保护设备供给对操作人员及电动轿车车载充电机的电气安全防护，当出现意外状况时，如电涌、过压、漏电等，保护设备能及时呼应，堵截电能输出。此外，在紧迫状况下，可运用设备在操作面板上的急停按钮断开断路器；反常检测电路可检测到断路器的开合状况，并将其反应到中心操控模块。
计量设备用于完结单次充电操作的消费电能计量，考虑到体系分时段多费率计费的需求，选用了智能电表。作业时，电表可通过RS 485接口向中心操控模块发送消费电能、瞬时／均匀电压及电流数据。
沟通接触器坐落电动轿车专用充电插座一侧，当充电电缆精确衔接后，用户可通过中心办理模块发送驱动信号闭合接触器，向车载充电机输出沟通电能。
2．2 沟通输出操控模块
沟通输出操控模块首要由电动轿车充电专用电气接口及操控扶引电路组成，硬件框图如图3所示。
体系自检时，闭合开关S1，脉冲信号传输至电压监测点，表明充电桩预备完毕，能够进行充电。当电动轿车充电电缆与充电桩供电插座牢靠衔接后，操控扶引电路闭环，R1和R2阻值相同，检测点正电压折半则表明衔接正确。充电桩通过输出PWM信号将当时能供给的最大接连额定电流值奉告车载充电机（约好可用的线电流和PWM信号占空比成线性比例关系）。
3 、中心办理模块规划
中心办理模块的硬件结构如图4所示，首要由嵌入式微处理器、LCD显现屏、键盘、扶引灯、喇叭、射频卡读写设备、存储器及一些通讯与操控接口组成。
体系选用了依据ARM Cortex-M3内核的嵌入式微处理器作为主控芯片，ARM Cortex-M3处理器是职业抢先的32位处理器，适用于具有高确认性的实时运用，能供给超卓的核算功用和对事情的杰出体系呼应，一起能够习惯低动态和静态功率的体系需求。选用的芯片体系时钟设置为96 MHz，能够满意沟通充电桩的操控需求。
LCD显现屏、键盘、扶引灯、喇叭及射频卡读写器组成沟通充电桩的人机接口界面。LCD显现沟通充电桩的具体作业信息；扶引灯快速指示作业状况；喇叭供给语音提示；用户可使用键盘设置充电参数；射频卡完结用户身份辨认、充电进程启停办理及买卖结算功用。
大容量FLASH用来存储买卖记载及充电桩运转记载。通过通讯接口，完结沟通充电桩与上级监控中心通讯，上传买卖信息及充电桩运转信息，接纳监控中心操控指令。
充电桩作业流程描绘如下：用户刷卡进入体系后，显现射频卡读写设备获取的用户信息，提示用户衔接充电插头。用户可使用键盘挑选适宜的充电方法（主动、定电量、守时间、定费用）并设置相应的充电参数。再次刷卡可发动充电进程，一起向用户卡内写入未付费标识，用户将无法在未完结本次买卖之前再次运用该卡。
充电进程中，办理模块守时获取状况参数（电量、时间、毛病信息等）并显现。当判别出车载充电机已完毕充电或已完结用户设置的充电方针时，充电进程完毕，提示用户结账。用户再次刷卡可完结本次买卖，并铲除卡内未付费标识。此外，用户也可在充电进程中的恣意时间刷卡完毕充电并完结买卖。
4 、软件规划
选用μC／OS-Ⅱ作为本规划的软件渠道，它是一种具有可掠夺性多使命内核的实时操作体系，移植便当，并且安稳性和牢靠性好。μC／ OS-Ⅱ的体系资源丰富，最多可办理64个使命，并供给信号量、音讯邮箱、音讯行列及内存办理等体系级服务，用户还可依据需要进行裁剪。因而，比较适合于中小型实时操控体系。
4．1 使命规划
为完结沟通充电桩的功用要求，本文规划了以下使命：按键查询使命、按键处理使命、LCD显现使命、IC卡读写使命、充电参数设置使命、充电进程操控使命、看门狗及反常检测使命。其间，按键查询使命和看门狗及反常检测使命设置为周期性使命。使命规划的关键是使命优先级的分配，依据使命的相关性、关键性、紧迫性、频频性、便利性和传递性，本文终究确认的优先级规划如表1所示。
4．2 使命相关规划
使命相关规划如图5所示。体系运用软件包含7个使命，其间，按键查询使命延时循环检测按键输入，并将输入键值通过音讯邮箱传递给按键处理使命完结按键操控，或传递给参数设置使命完结充电参数输入；按键处理使命接纳输入键值并相应驱动软件的作业流程；充电参数设置使命接纳输入参数值并保存为全局变量；IC卡读写使命接纳信号量在恰当的机遇进行寻卡及读写操作，并使用信号量对充电进程完结启停操控；喂狗及反常检测使命以必定的周期循环，阻挠看门狗溢出，在出现反常时进行毛病处理，并通过音讯邮箱中止充电进程；LCD显现使命接纳到其他使命的信号量告诉后，更新当时显现信息。
软件规划中，各使命优先级之间有必定的距离，将来在更新使命或添加一个新使命时，能在不改变现有优先级分配的状况下，轻松找到一个适宜的闲暇优先级，为体系的改善和晋级供给了便当。操作体系的时钟节拍设为10 ms，能够满意充电桩的实时性要求。通过调试，软件运转安稳，人机交互呼应及时，电能计量与收费精确，数据通讯牢靠。
5 、结语
本文以依据Cortex-M3内核的微处理器为主体，结合μC／OS-Ⅱ实时操作体系构建成中心办理模块的软硬件渠道，加上沟通输入、输出操控模块，完结了电动轿车沟通充电桩的全体规划，体系具有以下特色：
（1）模块化规划，各模块在物理上分隔，便于保护；
（2）人机接口友善，显现形式多样，操作便当；
（3）硬件上选用冗余规划，软件选用实时操作体系，可扩展性强，便于产品的快速晋级。
现在，研发的沟通充电桩样机已完结了功用实验、环境实验及电磁兼容实验等测验，完结了预期的规划方针。体系作业安稳，桩体设备方法灵敏，适用于构建便利的电动轿车电能补给网络，有利于电动轿车的遍及和推行。
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