NXP LPC1768在充电桩主控板中的应用

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1、充电桩原理
充电桩一般为大功率断续使用的充电设施,可以为车辆提供一路到几路的充电回路,通常为无人管理的公共设施。充电站应该具有充足的电力供应,可以同时充电几套到数十套的蓄电池组合,充电的原理就是恒流,应该保证不会充坏电池。

充电整体系统通常包含四个组成部分:电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统(BMS)、充电管理服务平台。
充电桩控制电路主要由处理器完成,用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能,也可提供语音输出接口,实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择充电模式;电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互,集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互;电池管理系统(BMS)用来监控电池的工作状态比如电池的电压、电流和温度等,进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象,最大限度地利用电池存储能力和循环寿命;充电服务管理平台主要主要负责充电管理、充电运营、综合查询等相关功能。

2、控制板资源
为了实现上述功能,此控制板系统主控芯片采用NXP公司的LPC1768FBD100,电路具有2路RS232串口,分别用来和迪文公司的7寸液晶屏通信、ZY-TP12串口微型打印机连接,实现显示和打印功能;1路RS485电路,实现和通用的电表通信;2路SPI接口电路,分别用来读写SD卡数据和读取用户射频卡;1个4*4薄膜按键矩阵键盘接口,实现人机交互;2路CAN通信接口电路,可以实现和后台的电池管理及远端数据通信;板载1路以太网通信电路、4路AD采样电路、4路继电器输出电路、1路USBdevice接口电路。

电路板大小为11cm*12cm,RS485电路由MAX485芯片实现、CAN接口电路由SN65VHD230实现、以太网由DP83848CVV、HR911105A实现、继电器由ULN2803驱动,采用SRD-5VDC-SL-C型继电器。
电源由两路互相隔离的12V转5V电源来实现,用来隔离外部485通信系统和打印机模块, 有效的保护主控单元系统,安全可靠,电源由XL1410实现,由光耦来实现数字电路和外部干扰源的隔离。

3、具体功能电路简介

(1)显示单元
显示系统采用7寸串口LCD来实现,可以方便的实现各种功能的显示,由于采用程序控制 ,可以随时更改具体显示方案,且采用串口通信方式,驱动简单,本控制器驱动程序已经编写了具体的驱动函数,底层只需要改变一个具体的串口输出程序即可,可以方便的移植到其它的NXP控制器中。


(2)485通信单元
485电路用来读取电度表,可以实现modbus协议,也可以移植Free-modbus协议,和外部通信简单可靠。本单元电路已经在硬件上实现的和外部电路的隔离,防止影响主控电路的安全。电路板中有4条接线,分别是电源、地线、A、B,可以方便的和任何一款485接口的电表通信。如果电表采用标准的modbus协议,则用户移植Free-modbus协议即可。

(3)射频卡读取单元
由于在充电过程中,需要读取充电用户的卡片信息,所以通用的射频卡读取方法,现在最多的就是标准的spi接口的射频卡读取模块,本控制器中有一个spi接口的射频卡读取端口,可以用来和通用的射频卡模块通信,为一个8PIN的标准端子,4条spi通信线、电源、地线、复位口和NC口。

(4)CAN通信单元
由于CAN总线的高速和可靠性的有点,使得其应用越来越广泛,充电桩控制板中有两路CAN通信电路,其中一路用来和电池管理单元通信,另外一路用来和本地管理中心通信。现在标准的电池管理都用CAN来通信,由于CAN总线可以实现多个模块的高速互联,所以为了管理各个充电桩,本地的管理中心也采用CAN通信方式。

(5)打印机单元
为了方便用户打印自己的信息,此微型打印机采用TTL电平的串口微型打印机,采用5V供电,只需要一个串口即可,驱动程序简单,只需要配置好底层串口驱动函数即可,用户只需要移植好本驱动程序即可,硬件中只需要电源、地线、串口通信2条信号线即可。

(6)键盘接口单元
控制板中采用4*4的标准薄膜按键,由于行列式键盘驱动程序比较简单,本驱动程序采用状态机来实现键盘的读取,简单高效,可以定制用户的具体按键功能。

(7)继电器输出控制单元
由于充电桩在应用过程中可能因为紧急情况或具体需要,接通或者断开外部电路,控制板中有四路继电器输出电路,可以实现这一功能。由于继电器回路和打印机、485电路一样,对数字控制电路干扰严重,为了增加安全和可靠性,也增加了隔离,由另外一路电源供电。

(8)SD卡单元
现在的几乎所有系统,都需要无纸化记录,控制器中,有一路SD卡单元电路,可以实现对各种情况进行记录,由fat文件系统实现,方便的实现数据的记录,可以通过pc或者手机等设备读取。

(9)以太网单元
LPC1768本身有一个以太网控制端口,本控制器中通过和外部的PHY芯片DP83848芯片连接,可以实现以太网通行功能,方便的移植uip、lwip协议,实现TCP服务器、TCP客户机、UDP服务器和客户机方式通信。

(10)AD采样单元
为了实现对外部电压和电流等数据的采样,控制器中设计了4路模拟量采集电路,外部最大输入电压为5V,然后通过LCD或者其它的通信实现显示和数据传输。

(11)USB device单元
控制器中预留USB DEVICE功能的接口电路,供用户来实现具体的USB功能。

 

 

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