新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁充電費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁充電費(fèi)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(xiě)電路、與電量計(jì)量模塊連接的RS485接口電路、與電動(dòng)汽車(chē)充電樁中的主控制器或上位機(jī)連接的RS232接口電路。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)非接觸式智能卡的快速讀寫(xiě)，用戶(hù)刷卡方便快捷；便于與任何遵循RS484通信協(xié)議的電能計(jì)量模塊電能消費(fèi)數(shù)據(jù)的讀取和費(fèi)用核算，便于與遵循RS232通信協(xié)議的計(jì)算機(jī)或其他控制器之間實(shí)現(xiàn)信息交換，具有通用性，便于與電動(dòng)汽車(chē)充電樁的集成；本實(shí)用新型自成模塊，還可用于其它非接觸式智能卡消費(fèi)的場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和靈活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
新能源電動(dòng)汽車(chē)充電樁充電費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型屬于新能源汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電 費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為緩解日益嚴(yán)重石油資源匱乏危機(jī)和環(huán)境污染，純電動(dòng)汽車(chē)以清潔、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)， 被普遍認(rèn)為是未來(lái)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展方向。充電設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行是推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 重要前提，針對(duì)市面上的交流充電粧和直流充電機(jī)充電費(fèi)用結(jié)算問(wèn)題，國(guó)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(kāi)研究，其中，基于射頻識(shí)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(wèn)題是近年來(lái)研究熱點(diǎn)，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(gè)GPIOs、64KB Flash型 程序存儲(chǔ)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(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。與8位和16位單片機(jī)相比，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的 算法和具有良好的系統(tǒng)擴(kuò)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(hù)卡讀寫(xiě)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(jìn)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，集成了在13.56MHz下所有類(lèi)型的被動(dòng)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(jī)通信，具有應(yīng)用靈活、安全性高、交易快速、兼容性好等特點(diǎn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種實(shí)用、計(jì)費(fèi)方便的新能源電動(dòng)汽車(chē)充 電粧充電費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(xiě)電路、與電量計(jì)量模塊連接的RS485接口電路、與電動(dòng) 汽車(chē)充電粧中的主控制器或上位機(jī)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(jī)。
[0010] 所述射頻卡讀寫(xiě)電路包括與主控制電路連接的射頻卡讀寫(xiě)芯片，以及與射頻卡讀 寫(xiě)芯片連接的天線(xiàn)。
[0011 ]所述射頻卡讀寫(xiě)芯片采用MFRC531射頻卡讀寫(xiě)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(shí)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(xiě)電路，實(shí)現(xiàn)非接觸式智能卡的快速讀寫(xiě)，用戶(hù)刷卡方便快捷;微處理器 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化串行通信接口與電能計(jì)量模塊、充電粧中的上位機(jī)之間進(jìn)行信息交互，便于與 任何遵循RS484通信協(xié)議的電能計(jì)量模塊電能消費(fèi)數(shù)據(jù)的讀取和費(fèi)用核算，便于與遵循 RS232通信協(xié)議的計(jì)算機(jī)或其他控制器之間實(shí)現(xiàn)信息交換，標(biāo)準(zhǔn)化的串口可以讓本實(shí)用新 型具有通用性，便于與電動(dòng)汽車(chē)充電粧的集成;本實(shí)用新型自成模塊，還可用于其它非接觸 式智能卡消費(fèi)的場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和靈活性。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)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(xiě)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(jì)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(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 本實(shí)用新型提供一種新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(xiě)電路、RS485接口電路、RS232接口電路； RS485接口電路連接電量計(jì)量模塊，RS232接口電路連接電動(dòng)汽車(chē)充電粧中的上位機(jī)。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(biāo)準(zhǔn)串行通信接口可以與計(jì)算機(jī)或 其它控制器之間實(shí)現(xiàn)信息交換。主控制電路通過(guò)射頻卡讀寫(xiě)電路以及RS485接口電路、 RS232接口電路實(shí)現(xiàn)智能卡識(shí)別、信息讀寫(xiě)及消費(fèi)金額計(jì)算。在系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)方面，針對(duì) 射頻卡讀寫(xiě)電路所采用MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片的模擬部分、驅(qū)動(dòng)部分、數(shù)字部分分別使用 單獨(dú)電源和接地，減少相互間的干擾，提高讀寫(xiě)的成功率。
[0023]本實(shí)用新型采用如下方案實(shí)現(xiàn)：
[0024] 1、裝置整體設(shè)計(jì)方案
[0025] 裝置整體結(jié)構(gòu)主要由：主控制電路、射頻卡讀寫(xiě)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(xiě)電路采用MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片，實(shí)現(xiàn)用 戶(hù)卡的識(shí)別和相關(guān)信息讀取，通過(guò)8位的并行口傳送給系統(tǒng)控制核心STM32F103C8T6單片 機(jī)，完成用戶(hù)信息驗(yàn)證，確定用戶(hù)的合法性;并通過(guò)RS232接口電路將相應(yīng)信息傳送給充電 粧中的上位機(jī)，以使充電粧為用戶(hù)做好充電準(zhǔn)備，再由RS232接口電路將上位機(jī)準(zhǔn)備情況送 至STM32F103C8T6單片機(jī)，該單片機(jī)通過(guò)RS485總線(xiàn)接口電路讀取電量計(jì)量模塊的初始電 量，并記錄，用戶(hù)充電刷卡結(jié)束時(shí)，再次讀取電量計(jì)量模塊的電量值，由該值減去初始電量 即為用戶(hù)充電電量，計(jì)算充電費(fèi)用并扣除后，再將余額通過(guò)射頻卡讀寫(xiě)電路寫(xiě)入用戶(hù)卡內(nèi)， 完成費(fèi)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(jī)（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(dāng)系統(tǒng)需要復(fù)位時(shí)，可以手動(dòng)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(shí)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(dāng)通信正常時(shí)該LED燈閃爍，DA2為故障指示燈，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，該燈亮起， DA3為系統(tǒng)電源指示燈，系統(tǒng)已接通電源時(shí)，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(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片LM1117將+5V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓，為單片機(jī)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(guò)USB轉(zhuǎn)串 口芯片CH340G將USB信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)的串口通信信號(hào)，完成程序下載和系統(tǒng)調(diào)試;接口 JA3完成與射頻卡讀寫(xiě)電路的連接，包括數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和控制信號(hào)共占用STM32F103C8T6單片機(jī) 14個(gè)I/O口，其中PB8~PB15為8位數(shù)據(jù)端口，RD為讀控制信號(hào)、WR為寫(xiě)控制信號(hào)、CS為片選信 號(hào)、IRQ中斷信號(hào)、RST為復(fù)位信號(hào)和ALE為地址鎖存信號(hào)。單片機(jī)的串口 1的RXD1和TXD1借助 下載轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)DOWN可以進(jìn)行復(fù)用，與RS485接口電路連接實(shí)現(xiàn)電量計(jì)量模塊電能電量的讀 取;單片機(jī)的串口 1的RXD2和TXD2實(shí)現(xiàn)RS232通信接口，實(shí)現(xiàn)與其它主控制器或上位機(jī)通信。 [0028] 3、射頻卡讀寫(xiě)電路
[0029] 射頻卡讀寫(xiě)電路原理如圖3所示，主要由MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片、13.56 MHz晶振 及天線(xiàn)組成。MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片的模擬電路包含了一個(gè)低阻抗橋驅(qū)動(dòng)器輸出的發(fā)送 部分，讀寫(xiě)距離可達(dá)100 mm;MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片的接收器可以檢測(cè)并解碼非常弱的應(yīng) 答信號(hào);天線(xiàn)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(xiàn)線(xiàn) 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(jī)的GPIOs PB8~PB15引腳，實(shí)現(xiàn)高速非接觸式通信的要求。
[0030] 為了實(shí)現(xiàn)芯片的最佳讀寫(xiě)性能，MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片的模擬部分、驅(qū)動(dòng)部分、 數(shù)字部分分別使用單獨(dú)電源和接地，減少相互間的干擾，提高讀寫(xiě)的成功率。圖3中電源管 腳及使用標(biāo)號(hào)如表1所示。
[0031] 表1 MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片電源管腳及電源標(biāo)號(hào)分類(lèi)
[0032]
[0033] 3、RS485接 口電路
[0034] STM32F103C8T6單片機(jī)通過(guò)RS485接口電路與電量計(jì)量模塊間的信息交互，與電量 計(jì)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(jī)串 口通信到RS485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能消費(fèi)數(shù)據(jù)的讀取功能。為了解決RS485總線(xiàn)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(wèn)題，在MAX485芯片A、B端口兩端并接電阻 R10=120Q，實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配。該電量計(jì)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(yàn)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(biāo)識(shí)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(shí)逐字節(jié)加 33H處理，接收時(shí)減33H處理。校驗(yàn)碼CS:從幀起始符開(kāi)始到校 驗(yàn)碼之前的所有各字節(jié)的模256的和，即各字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)超過(guò)256的溢出值。所有 數(shù)據(jù)項(xiàng)均按圖5規(guī)定的字節(jié)格式傳輸。STM32F103C8T6單片機(jī)對(duì)電量計(jì)量模塊(智能電表)進(jìn) 行電量讀取時(shí)，通過(guò)RS485接口電路向單片機(jī)發(fā)送讀取過(guò)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(shí)用新型可以成為獨(dú)立應(yīng)用的模塊，通過(guò)RS232接口電路實(shí)現(xiàn)與充電粧中主控 制器或上位機(jī)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(jī)的串行通信口 RXD2、TXD2,通過(guò)端口 J2與充電粧中主控制器或上位機(jī) 通信。
[0040]本實(shí)用新型以嵌入式技術(shù)和RFID技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(xiě)芯片 實(shí)現(xiàn)非接觸式智能卡讀寫(xiě)功能。單片機(jī)通過(guò)RS485接口電路與電能計(jì)量模塊間的信息交互， 實(shí)現(xiàn)電能消費(fèi)數(shù)據(jù)的讀取及費(fèi)用核算。測(cè)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(shí)用性。該設(shè)計(jì)成果為電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)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(xiàng)】
1. 一種新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(xiě)電路、與電量計(jì)量模塊連接的RS485接口電 路、與電動(dòng)汽車(chē)充電粧中的主控制器或上位機(jī)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(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(jī)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述射頻卡讀寫(xiě)電路包括與主控制電路連接的射頻卡讀寫(xiě)芯片，以及與射頻卡 讀寫(xiě)芯片連接的天線(xiàn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)用非接觸式刷卡結(jié)算裝置，其 特征在于:所述射頻卡讀寫(xiě)芯片采用MFRC531射頻卡讀寫(xiě)芯片。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源電動(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(dòng)汽車(chē)充電粧充電費(fèi)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(hào)】G07F15/00GK205656714SQ201620381520
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日 公開(kāi)號(hào)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
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