充电桩平台搭建（平台搭建，码源开发，现成系统）

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本文介绍了一种4g智能充电桩，此方案成本低、体积小，适合安装在各种公共场所。充电桩系统的网关与服务器通过4g网络直接进行通信交互，管理方可以直接通过服务器的数据反馈进行合理且及时的充电桩维护与调整，提高了充电桩的维护效率并且一定程度上起到了防范火灾的作用。用户则可以通过微信小程序使用插座充电，在保证资金安全的同时让用户的体验更佳。

1 系统总体设计

系统的总体设计如图1所示，主要包括智能充电桩，云平台服务，客户端。智能充电桩与云服务之间是4g通信，客户端与云服务通过广域网通信可以是4g也可以是wifi。客户端考虑到用户使用成本直接用微信小程序。智能充电包括4g通信模块、主控制器、数据采集、显示模块、语音模块和充电板控制等模块。

客户通过微信小程序直接扫描充电桩上二维码（一机一码）后，根据提示选取空闲的充电插座，在线提交订单后就可以开始充电。客户还能在手机上随时查看插座的充电状态，并且随时可以结束充电。

智能充电桩含4g模组如移远的ec200,主控制器mcu stm32f103ve，充电板如电川的充电控制板，其核心控制mcustm8s105s4t6c。ec200模组通过4g网络与云服务器进行通信，将云服务发送过来的数据包传输给主控制器stm32f103ve，主控制器stm32f103ve先对数据包进行解析，再下发解析后的命令，充电板会对主控制器的命令做出相对的响应。主控制器stm32f103ve会将采集的数据打包在通过ec200模组上传到服务器。此外，主控制器还可以驱动十路数码管显示和pcm语音文件播报，从视听方面提高了用户体验。

充电板控制十路继电器开关来为用户提供充电接口，如果发生意外情况系统会自动做出响应，发出语音报警并且进行硬件断电。

2 系统硬件总体设计

基于stm32f103ve和4g模组的智能充电桩硬件结构如图2所示。智能充电桩网关控制系统采用了控制器和ec200模块。gdmcu是一款基于cortex-m3arm内核的32位微处理器，微控制器集成了许多模块，包括存储器和通讯单元等丰富的硬件资源[5]。此外系统外接充电控制板、ds18b20测温模块、ntc板间测温模块、数码管显示模块、pcm语音文件播报模块、电源模块。ec200是移远低成本4g模块。

2.1 充电控制板

充电控制板与mcu stm32f103ve2路ttl电平的uart通信。充电控制板以stm8s105为控制器进行对十路继电器进行控制，继电器采用的是jqc-3ff超小型大功率继电器。充电控制板通过继电器实现对充电插座的智能控制，充电控制板会采集充电电量和充电功率数据传输给stm32f103ve主控制器。板上还搭载了ap8022h芯片对充电板进行过流保护、过温保护以及欠压保护。ap8022h芯片内部集成了脉宽调制控制器和800v高雪崩能力智能功率mosfet。ap8022h芯片还内置了高压启动模块，保证系统能够迅速启动。

2.2 4g通信模块

ec200是移远通信推出的ltecat4全网通无线通信模块，搭配sim卡执行4g模组mqtt协议通信，支持大下行速率150mbps和大上行速率50mbps，支持at指令操作和fota远程升级。ec200模块与主控制器的uart连接，实现主控芯片与4g模组之间的数据通信。

此处采用4g模组的原因是考虑到我国的2g、3g网络服务正在逐渐的关闭，各大运营商逐步不提供2g、3g网络服务，并且4g通信速度比2g、3g快，更适合做复杂的逻辑业务。为了让智能充电桩今后能够运营更长时间以及方便进行远程维护，此处采用4g模组性价比更高。

2.3 测温模块

测温模块分为ds18b20测温模块和ntc板间测温模块。stm32f103ve与ds18b20测温模块以1-wire总线协议进行通信，并通过4.7kΩ的上拉电阻为ds18b20提供3.3v电压。该温度传感器的温度检测范围为-55℃至+125℃，并且温度范围超过-10℃至85℃之外时还具有±0.5℃的精度。ds18b20传感器提供9-bit到12-bit的摄氏度测量精度，gd32f103ve主控制器与ds18b20进行配合可以实现过温和低温触发报警的报警功能。发生警报引发主控制器控制插座断电，对预防火灾有一定作用。ntc板间级测温模块配合gd32f103ve的adc_in9来实现，依据ntc热敏电阻的特性，在主控制器中将采集到的数据量转化成温度，从而达到监控充电板的温度，用以预防芯片在异常温度下工作而导致系统故障。

ds18b20测温模块主要应用于充电站环境测温，配合烟雾传感器和微火花传感器在监测到环境异常情况后发出语音警报。

2.4 音频播报模块

gd32f103ve内置3个同步的标准定时器。每个定时器都有一个16位的计数器、一个16位的预分频器和4个独立的pwm通道。而pcm语音文件使用16khz的采样频率，8bit的量化编码，其播报模块仅需要一路pwm通道和1个定时器就可以完成语音播报功能。当有pcm语音文件需要播报时，以16khz的速率播放数据，数据转化为pwm占空比来控制音频信号，经过滤波电路输出以及音频功率放大器进行放大输出到扬声器进行音频播放[6]。

语音播报内容主要有充电状态播报，如“x(1-10)号开始充电了”、“x(1-10)号充电完成了”等，让用户听到播报内容即可明白插座的状态。在发生插座起火等意外情况时，语音播报能时间发出警报来提醒人们注意安全并控制形势。

2.5 数码管显示模块

gd32f103ve主控制器通过gpio和spi对两路ta6932芯片进行控制。主控制器与数码管模块之间通过8根线进行连接，其中2根为电源线和地线，其余6根与主控制器的spi3_sck、spi3_mosi、pd3、pd4、pd5、pd6进行连接。ta6932芯片通过串行接口接收主控制器的数据后对各个led进行驱动，每块芯片驱动5路led进行显示。

数码管模块主要显示对应插座的充电剩余时间(以分钟为单位)，让用户能够直观的看到插座剩余使用时间。