新能源電動汽車充電樁充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新能源電動汽車充電樁充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其特征在于：包括主控制電路，所述主控制電路分別連接射頻卡讀寫電路、與電量計量模塊連接的RS485接口電路、與電動汽車充電樁中的主控制器或上位機連接的RS232接口電路。本實用新型實現(xiàn)非接觸式智能卡的快速讀寫，用戶刷卡方便快捷；便于與任何遵循RS484通信協(xié)議的電能計量模塊電能消費數(shù)據(jù)的讀取和費用核算，便于與遵循RS232通信協(xié)議的計算機或其他控制器之間實現(xiàn)信息交換，具有通用性，便于與電動汽車充電樁的集成；本實用新型自成模塊，還可用于其它非接觸式智能卡消費的場合，具有較強的實用性和靈活性。
【專利說明】
新能源電動汽車充電樁充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新能源電動汽車充電粧充電 費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為緩解日益嚴重石油資源匱乏危機和環(huán)境污染，純電動汽車以清潔、環(huán)保等優(yōu)勢， 被普遍認為是未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向。充電設(shè)施建設(shè)和運行是推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 重要前提，針對市面上的交流充電粧和直流充電機充電費用結(jié)算問題，國內(nèi)外學(xué)者在接觸 式1C卡和非接觸式1C卡使用方面展開研究，其中，基于射頻識別（radio frequency Identification，RFID)技術(shù)的非接觸式1C卡、數(shù)據(jù)加密及安全問題是近年來研究熱點，取 得了較好的成果。
[0003] 主控制器STM32F103C8T6是意法半導(dǎo)體推出的基于ARM 32位的CortexTM-M3系列 微處理器中的一款產(chǎn)品。最高72MHz工作頻率、48引腳LQFP封裝、37個GPIOs、64KB Flash型 程序存儲器、20KB SRAM、片內(nèi)集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC)、 脈寬調(diào)制器（Pulse Width Modulation, PWM)及通用同步/異步收發(fā)器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter, USART)接口等外設(shè)資源。借助 這些資源及大地簡化了電路設(shè)計的復(fù)雜度。與8位和16位單片機相比，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的 算法和具有良好的系統(tǒng)擴展性，因而在工業(yè)控制眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
[0004] 用戶卡讀寫芯片MFRC531支持IS0/IEC14443 Type A和Type B的所有層和MIFARE 經(jīng)典協(xié)議。該芯片利用先進的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接 觸式通信方式和協(xié)議。支持快速Cryptol加密算法，可根據(jù)不同的需選擇8位并行和SPI模式 與主機通信，具有應(yīng)用靈活、安全性高、交易快速、兼容性好等特點。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種實用、計費方便的新能源電動汽車充 電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，包括主控制電路， 所述主控制電路分別連接射頻卡讀寫電路、與電量計量模塊連接的RS485接口電路、與電動 汽車充電粧中的主控制器或上位機連接的RS232接口電路。
[0008] 所述主控制電路包括微控制器以及與微控制器連接的復(fù)位電路、電源接口電路、 晶振電路、USB轉(zhuǎn)串口程序下載接口電路、LED工作指示電路。
[0009] 所述微控制器采用STM32F103C8T6單片機。
[0010] 所述射頻卡讀寫電路包括與主控制電路連接的射頻卡讀寫芯片，以及與射頻卡讀 寫芯片連接的天線。
[0011 ]所述射頻卡讀寫芯片采用MFRC531射頻卡讀寫芯片。
[0012] 所述RS485接口電路采用MAX485芯片。
[0013] 所述RS232接口電路采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。
[0014]本實用新型以嵌入式技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合，以嵌入式微處理器為控制核心，以 非接觸式智能卡讀寫電路，實現(xiàn)非接觸式智能卡的快速讀寫，用戶刷卡方便快捷;微處理器 通過標準化串行通信接口與電能計量模塊、充電粧中的上位機之間進行信息交互，便于與 任何遵循RS484通信協(xié)議的電能計量模塊電能消費數(shù)據(jù)的讀取和費用核算，便于與遵循 RS232通信協(xié)議的計算機或其他控制器之間實現(xiàn)信息交換，標準化的串口可以讓本實用新 型具有通用性，便于與電動汽車充電粧的集成;本實用新型自成模塊，還可用于其它非接觸 式智能卡消費的場合，具有較強的實用性和靈活性。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0016] 圖2為圖1中主控制電路的原理圖。
[0017] 圖3為圖1中射頻卡讀寫電路的原理圖。
[0018] 圖4為圖1中RS485接口電路的原理圖。
[0019] 圖5為電量計量模塊通信采用的字節(jié)傳輸格式示意圖。
[0020] 圖6為圖1中RS232接口電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0022] 本實用新型提供一種新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，包 括主控制電路，主控制電路分別連接射頻卡讀寫電路、RS485接口電路、RS232接口電路； RS485接口電路連接電量計量模塊，RS232接口電路連接電動汽車充電粧中的上位機。所述 RS485接口電路采用MAX485芯片完成串口通信和RS485通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，完成遵循 RS485通信協(xié)議的智能電表電量的讀取。所述RS232接口電路采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片完成 微處理器串口通信電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，借助標準串行通信接口可以與計算機或 其它控制器之間實現(xiàn)信息交換。主控制電路通過射頻卡讀寫電路以及RS485接口電路、 RS232接口電路實現(xiàn)智能卡識別、信息讀寫及消費金額計算。在系統(tǒng)抗干擾設(shè)計方面，針對 射頻卡讀寫電路所采用MFRC531射頻卡讀寫芯片的模擬部分、驅(qū)動部分、數(shù)字部分分別使用 單獨電源和接地，減少相互間的干擾，提高讀寫的成功率。
[0023]本實用新型采用如下方案實現(xiàn)：
[0024] 1、裝置整體設(shè)計方案
[0025] 裝置整體結(jié)構(gòu)主要由：主控制電路、射頻卡讀寫電路、RS485接口電路及RS232接口 電路構(gòu)成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。射頻卡讀寫電路采用MFRC531射頻卡讀寫芯片，實現(xiàn)用 戶卡的識別和相關(guān)信息讀取，通過8位的并行口傳送給系統(tǒng)控制核心STM32F103C8T6單片 機，完成用戶信息驗證，確定用戶的合法性;并通過RS232接口電路將相應(yīng)信息傳送給充電 粧中的上位機，以使充電粧為用戶做好充電準備，再由RS232接口電路將上位機準備情況送 至STM32F103C8T6單片機，該單片機通過RS485總線接口電路讀取電量計量模塊的初始電 量，并記錄，用戶充電刷卡結(jié)束時，再次讀取電量計量模塊的電量值，由該值減去初始電量 即為用戶充電電量，計算充電費用并扣除后，再將余額通過射頻卡讀寫電路寫入用戶卡內(nèi)， 完成費用結(jié)算及充電服務(wù)。
[0026] 2、基于STM32F103C8T6的主控制電路
[0027] 基于STM32F103C8T6的主控制電路包括STM32F103C8T6單片機（由圖中C8T_AA和 C8T_BB兩部分組成)和與其連接的復(fù)位電路、電源接口電路、8MHz晶振電路、USB轉(zhuǎn)串口程序 下載接口電路、LED工作指示電路。電路原理如圖2所示。復(fù)位電路由電阻RA1、按鍵SA1、電容 CA5構(gòu)成，當系統(tǒng)需要復(fù)位時，可以手動按下按鍵SA1使系統(tǒng)復(fù)位;8MHz晶振電路為系統(tǒng)提供 主時鐘，由晶振YA2、電容CA3和電容CA4構(gòu)成;LED工作指示電路為系統(tǒng)提供指示功能，DAIS 通信數(shù)據(jù)指示燈，當通信正常時該LED燈閃爍，DA2為故障指示燈，當系統(tǒng)故障時，該燈亮起， DA3為系統(tǒng)電源指示燈，系統(tǒng)已接通電源時，該燈亮起。主控制電路可以由接口 JA1和USB接 口提供VCC+5V電源，通過電壓轉(zhuǎn)換芯片LM1117將+5V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓，為單片機供電； USB轉(zhuǎn)串口程序下載接口電路采用USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340G，程序下載調(diào)試可以通過USB轉(zhuǎn)串 口芯片CH340G將USB信號轉(zhuǎn)換為單片機的串口通信信號，完成程序下載和系統(tǒng)調(diào)試;接口 JA3完成與射頻卡讀寫電路的連接，包括數(shù)據(jù)讀寫和控制信號共占用STM32F103C8T6單片機 14個I/O口，其中PB8~PB15為8位數(shù)據(jù)端口，RD為讀控制信號、WR為寫控制信號、CS為片選信 號、IRQ中斷信號、RST為復(fù)位信號和ALE為地址鎖存信號。單片機的串口 1的RXD1和TXD1借助 下載轉(zhuǎn)換開關(guān)DOWN可以進行復(fù)用，與RS485接口電路連接實現(xiàn)電量計量模塊電能電量的讀 取;單片機的串口 1的RXD2和TXD2實現(xiàn)RS232通信接口，實現(xiàn)與其它主控制器或上位機通信。 [0028] 3、射頻卡讀寫電路
[0029] 射頻卡讀寫電路原理如圖3所示，主要由MFRC531射頻卡讀寫芯片、13.56 MHz晶振 及天線組成。MFRC531射頻卡讀寫芯片的模擬電路包含了一個低阻抗橋驅(qū)動器輸出的發(fā)送 部分，讀寫距離可達100 mm;MFRC531射頻卡讀寫芯片的接收器可以檢測并解碼非常弱的應(yīng) 答信號;天線則主要由電容C5~C10、電感L1~L2構(gòu)成的LC低通濾波器、LC諧振電路、天線線 圈AN及電阻R1和R2構(gòu)成的匹配電路組成；8位并行數(shù)據(jù)接口 D0~D7引腳分別連接到 STM32F103C8T6單片機的GPIOs PB8~PB15引腳，實現(xiàn)高速非接觸式通信的要求。
[0030] 為了實現(xiàn)芯片的最佳讀寫性能，MFRC531射頻卡讀寫芯片的模擬部分、驅(qū)動部分、 數(shù)字部分分別使用單獨電源和接地，減少相互間的干擾，提高讀寫的成功率。圖3中電源管 腳及使用標號如表1所示。
[0031] 表1 MFRC531射頻卡讀寫芯片電源管腳及電源標號分類
[0032]
[0033] 3、RS485接 口電路
[0034] STM32F103C8T6單片機通過RS485接口電路與電量計量模塊間的信息交互，與電量 計量模塊通信的RS485接口電路如圖4所示。RS485接口電路采用MAX485芯片完成單片機串 口通信到RS485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電能消費數(shù)據(jù)的讀取功能。為了解決RS485總線傳輸電 纜的阻抗不連續(xù)、產(chǎn)生突變值，影響正常通訊的問題，在MAX485芯片A、B端口兩端并接電阻 R10=120Q，實現(xiàn)電路阻抗匹配。該電量計量模塊遵循DL/T645-2007通訊規(guī)范，字節(jié)格式如 圖5所示，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗位及1位停止位共8位，先傳最低有效位DO 位，后傳最高有效位D7序列順序傳輸。數(shù)據(jù)幀傳輸格式如表2所示。
[0035] 表2數(shù)據(jù)幀傳輸格式
[0036]
[0037] 表2中數(shù)據(jù)域DATA:數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標識和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)與控制碼的功能 而改變。數(shù)據(jù)傳輸時逐字節(jié)加 33H處理，接收時減33H處理。校驗碼CS:從幀起始符開始到校 驗碼之前的所有各字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進制算術(shù)和，不計超過256的溢出值。所有 數(shù)據(jù)項均按圖5規(guī)定的字節(jié)格式傳輸。STM32F103C8T6單片機對電量計量模塊(智能電表)進 行電量讀取時，通過RS485接口電路向單片機發(fā)送讀取過程數(shù)據(jù)，波特率設(shè)置為1200波特/ 秒。
[0038] 4、RS232接口電路
[0039]本實用新型可以成為獨立應(yīng)用的模塊，通過RS232接口電路實現(xiàn)與充電粧中主控 制器或上位機通信，該接口電路由MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，原理圖如圖6所示。這里用到 STM32F103C8T6單片機的串行通信口 RXD2、TXD2,通過端口 J2與充電粧中主控制器或上位機 通信。
[0040]本實用新型以嵌入式技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了電動汽車充電粧充電費用結(jié) 算系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式微處理器STM32F103C8T6為控制核心，以MFRC531射頻卡讀寫芯片 實現(xiàn)非接觸式智能卡讀寫功能。單片機通過RS485接口電路與電能計量模塊間的信息交互， 實現(xiàn)電能消費數(shù)據(jù)的讀取及費用核算。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較高可靠性、穩(wěn)定性、靈活 性及實用性。該設(shè)計成果為電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化運行及服務(wù)結(jié)算方式提供了一 定的借鑒和參考意義。
【主權(quán)項】
1. 一種新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其特征在于:包括主 控制電路，所述主控制電路分別連接射頻卡讀寫電路、與電量計量模塊連接的RS485接口電 路、與電動汽車充電粧中的主控制器或上位機連接的RS232接口電路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述主控制電路包括微控制器以及與微控制器連接的復(fù)位電路、電源接口電路、 晶振電路、USB轉(zhuǎn)串口程序下載接口電路、LED工作指示電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述微控制器采用STM32F103C8T6單片機。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述射頻卡讀寫電路包括與主控制電路連接的射頻卡讀寫芯片，以及與射頻卡 讀寫芯片連接的天線。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述射頻卡讀寫芯片采用MFRC531射頻卡讀寫芯片。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述RS485接口電路采用MAX485芯片。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動汽車充電粧充電費用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述RS232接口電路采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。
【文檔編號】G07F15/00GK205656714SQ201620381520
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月29日 公開號201620381520.6, CN 201620381520, CN 205656714 U, CN 205656714U, CN-U-205656714, CN201620381520, CN201620381520.6, CN205656714 U, CN205656714U
【發(fā)明人】徐坤, 韓秋英, 耿文波, 陳立勇, 張宏, 張少輝, 張青鋒, 王洪峰, 王祺, 李綱, 李 浩, 邵澤龍, 徐尚中, 孫挺, 王偉, 樊宇, 王迤冉, 朱海
【申請人】周口師范學(xué)院