新能源电动汽车充电桩充电费用非接触式刷卡结算装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新能源电动汽车充电桩充电费用非接触式刷卡结算装置，其特征在于：包括主控制电路，所述主控制电路分别连接射频卡读写电路、与电量计量模块连接的RS485接口电路、与电动汽车充电桩中的主控制器或上位机连接的RS232接口电路。本实用新型实现非接触式智能卡的快速读写，用户刷卡方便快捷；便于与任何遵循RS484通信协议的电能计量模块电能消费数据的读取和费用核算，便于与遵循RS232通信协议的计算机或其他控制器之间实现信息交换，具有通用性，便于与电动汽车充电桩的集成；本实用新型自成模块，还可用于其它非接触式智能卡消费的场合，具有较强的实用性和灵活性。
【专利说明】
新能源电动汽车充电桩充电费用非接触式刷卡结算装置
技术领域
[0001 ]本实用新型属于新能源汽车技术领域，尤其涉及一种新能源电动汽车充电粧充电 费用非接触式刷卡结算装置。
【背景技术】
[0002] 为缓解日益严重石油资源匮乏危机和环境污染，纯电动汽车以清洁、环保等优势， 被普遍认为是未来汽车工业的发展方向。充电设施建设和运行是推动电动汽车产业发展的 重要前提，针对市面上的交流充电粧和直流充电机充电费用结算问题，国内外学者在接触 式1C卡和非接触式1C卡使用方面展开研究，其中，基于射频识别（radio frequency Identification，RFID)技术的非接触式1C卡、数据加密及安全问题是近年来研究热点，取 得了较好的成果。
[0003] 主控制器STM32F103C8T6是意法半导体推出的基于ARM 32位的CortexTM-M3系列 微处理器中的一款产品。最高72MHz工作频率、48引脚LQFP封装、37个GPIOs、64KB Flash型 程序存储器、20KB SRAM、片内集成有模数转换器(Analog to Digital Converter, ADC)、 脉宽调制器（Pulse Width Modulation, PWM)及通用同步/异步收发器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter, USART)接口等外设资源。借助 这些资源及大地简化了电路设计的复杂度。与8位和16位单片机相比，可以实现较为复杂的 算法和具有良好的系统扩展性，因而在工业控制众多领域中得到了广泛应用。
[0004] 用户卡读写芯片MFRC531支持IS0/IEC14443 Type A和Type B的所有层和MIFARE 经典协议。该芯片利用先进的调制和解调技术，集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接 触式通信方式和协议。支持快速Cryptol加密算法，可根据不同的需选择8位并行和SPI模式 与主机通信，具有应用灵活、安全性高、交易快速、兼容性好等特点。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型要解决的技术问题在于提供一种实用、计费方便的新能源电动汽车充 电粧充电费用非接触式刷卡结算装置。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
[0007] -种新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，包括主控制电路， 所述主控制电路分别连接射频卡读写电路、与电量计量模块连接的RS485接口电路、与电动 汽车充电粧中的主控制器或上位机连接的RS232接口电路。
[0008] 所述主控制电路包括微控制器以及与微控制器连接的复位电路、电源接口电路、 晶振电路、USB转串口程序下载接口电路、LED工作指示电路。
[0009] 所述微控制器采用STM32F103C8T6单片机。
[0010] 所述射频卡读写电路包括与主控制电路连接的射频卡读写芯片，以及与射频卡读 写芯片连接的天线。
[0011 ]所述射频卡读写芯片采用MFRC531射频卡读写芯片。
[0012] 所述RS485接口电路采用MAX485芯片。
[0013] 所述RS232接口电路采用MAX232电平转换芯片。
[0014]本实用新型以嵌入式技术和RFID技术相结合，以嵌入式微处理器为控制核心，以 非接触式智能卡读写电路，实现非接触式智能卡的快速读写，用户刷卡方便快捷;微处理器 通过标准化串行通信接口与电能计量模块、充电粧中的上位机之间进行信息交互，便于与 任何遵循RS484通信协议的电能计量模块电能消费数据的读取和费用核算，便于与遵循 RS232通信协议的计算机或其他控制器之间实现信息交换，标准化的串口可以让本实用新 型具有通用性，便于与电动汽车充电粧的集成;本实用新型自成模块，还可用于其它非接触 式智能卡消费的场合，具有较强的实用性和灵活性。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的电路原理框图。
[0016] 图2为图1中主控制电路的原理图。
[0017] 图3为图1中射频卡读写电路的原理图。
[0018] 图4为图1中RS485接口电路的原理图。
[0019] 图5为电量计量模块通信采用的字节传输格式示意图。
[0020] 图6为图1中RS232接口电路的原理图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0022] 本实用新型提供一种新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，包 括主控制电路，主控制电路分别连接射频卡读写电路、RS485接口电路、RS232接口电路； RS485接口电路连接电量计量模块，RS232接口电路连接电动汽车充电粧中的上位机。所述 RS485接口电路采用MAX485芯片完成串口通信和RS485通信协议之间的转换，完成遵循 RS485通信协议的智能电表电量的读取。所述RS232接口电路采用MAX232电平转换芯片完成 微处理器串口通信电平与RS232电平之间的转换，借助标准串行通信接口可以与计算机或 其它控制器之间实现信息交换。主控制电路通过射频卡读写电路以及RS485接口电路、 RS232接口电路实现智能卡识别、信息读写及消费金额计算。在系统抗干扰设计方面，针对 射频卡读写电路所采用MFRC531射频卡读写芯片的模拟部分、驱动部分、数字部分分别使用 单独电源和接地，减少相互间的干扰，提高读写的成功率。
[0023]本实用新型采用如下方案实现：
[0024] 1、装置整体设计方案
[0025] 装置整体结构主要由：主控制电路、射频卡读写电路、RS485接口电路及RS232接口 电路构成。系统总体框图如图1所示。射频卡读写电路采用MFRC531射频卡读写芯片，实现用 户卡的识别和相关信息读取，通过8位的并行口传送给系统控制核心STM32F103C8T6单片 机，完成用户信息验证，确定用户的合法性;并通过RS232接口电路将相应信息传送给充电 粧中的上位机，以使充电粧为用户做好充电准备，再由RS232接口电路将上位机准备情况送 至STM32F103C8T6单片机，该单片机通过RS485总线接口电路读取电量计量模块的初始电 量，并记录，用户充电刷卡结束时，再次读取电量计量模块的电量值，由该值减去初始电量 即为用户充电电量，计算充电费用并扣除后，再将余额通过射频卡读写电路写入用户卡内， 完成费用结算及充电服务。
[0026] 2、基于STM32F103C8T6的主控制电路
[0027] 基于STM32F103C8T6的主控制电路包括STM32F103C8T6单片机（由图中C8T_AA和 C8T_BB两部分组成)和与其连接的复位电路、电源接口电路、8MHz晶振电路、USB转串口程序 下载接口电路、LED工作指示电路。电路原理如图2所示。复位电路由电阻RA1、按键SA1、电容 CA5构成，当系统需要复位时，可以手动按下按键SA1使系统复位;8MHz晶振电路为系统提供 主时钟，由晶振YA2、电容CA3和电容CA4构成;LED工作指示电路为系统提供指示功能，DAIS 通信数据指示灯，当通信正常时该LED灯闪烁，DA2为故障指示灯，当系统故障时，该灯亮起， DA3为系统电源指示灯，系统已接通电源时，该灯亮起。主控制电路可以由接口 JA1和USB接 口提供VCC+5V电源，通过电压转换芯片LM1117将+5V电压转换成+3.3V电压，为单片机供电； USB转串口程序下载接口电路采用USB转串口芯片CH340G，程序下载调试可以通过USB转串 口芯片CH340G将USB信号转换为单片机的串口通信信号，完成程序下载和系统调试;接口 JA3完成与射频卡读写电路的连接，包括数据读写和控制信号共占用STM32F103C8T6单片机 14个I/O口，其中PB8~PB15为8位数据端口，RD为读控制信号、WR为写控制信号、CS为片选信 号、IRQ中断信号、RST为复位信号和ALE为地址锁存信号。单片机的串口 1的RXD1和TXD1借助 下载转换开关DOWN可以进行复用，与RS485接口电路连接实现电量计量模块电能电量的读 取;单片机的串口 1的RXD2和TXD2实现RS232通信接口，实现与其它主控制器或上位机通信。 [0028] 3、射频卡读写电路
[0029] 射频卡读写电路原理如图3所示，主要由MFRC531射频卡读写芯片、13.56 MHz晶振 及天线组成。MFRC531射频卡读写芯片的模拟电路包含了一个低阻抗桥驱动器输出的发送 部分，读写距离可达100 mm;MFRC531射频卡读写芯片的接收器可以检测并解码非常弱的应 答信号;天线则主要由电容C5~C10、电感L1~L2构成的LC低通滤波器、LC谐振电路、天线线 圈AN及电阻R1和R2构成的匹配电路组成；8位并行数据接口 D0~D7引脚分别连接到 STM32F103C8T6单片机的GPIOs PB8~PB15引脚，实现高速非接触式通信的要求。
[0030] 为了实现芯片的最佳读写性能，MFRC531射频卡读写芯片的模拟部分、驱动部分、 数字部分分别使用单独电源和接地，减少相互间的干扰，提高读写的成功率。图3中电源管 脚及使用标号如表1所示。
[0031] 表1 MFRC531射频卡读写芯片电源管脚及电源标号分类
[0032]
[0033] 3、RS485接 口电路
[0034] STM32F103C8T6单片机通过RS485接口电路与电量计量模块间的信息交互，与电量 计量模块通信的RS485接口电路如图4所示。RS485接口电路采用MAX485芯片完成单片机串 口通信到RS485通信协议转换，实现电能消费数据的读取功能。为了解决RS485总线传输电 缆的阻抗不连续、产生突变值，影响正常通讯的问题，在MAX485芯片A、B端口两端并接电阻 R10=120Q，实现电路阻抗匹配。该电量计量模块遵循DL/T645-2007通讯规范，字节格式如 图5所示，包括1位起始位、8位数据位、1位偶校验位及1位停止位共8位，先传最低有效位DO 位，后传最高有效位D7序列顺序传输。数据帧传输格式如表2所示。
[0035] 表2数据帧传输格式
[0036]
[0037] 表2中数据域DATA:数据域包括数据标识和数据、密码等，其结构与控制码的功能 而改变。数据传输时逐字节加 33H处理，接收时减33H处理。校验码CS:从帧起始符开始到校 验码之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超过256的溢出值。所有 数据项均按图5规定的字节格式传输。STM32F103C8T6单片机对电量计量模块(智能电表)进 行电量读取时，通过RS485接口电路向单片机发送读取过程数据，波特率设置为1200波特/ 秒。
[0038] 4、RS232接口电路
[0039]本实用新型可以成为独立应用的模块，通过RS232接口电路实现与充电粧中主控 制器或上位机通信，该接口电路由MAX232电平转换芯片构成，原理图如图6所示。这里用到 STM32F103C8T6单片机的串行通信口 RXD2、TXD2,通过端口 J2与充电粧中主控制器或上位机 通信。
[0040]本实用新型以嵌入式技术和RFID技术相结合，设计了电动汽车充电粧充电费用结 算系统。该系统以嵌入式微处理器STM32F103C8T6为控制核心，以MFRC531射频卡读写芯片 实现非接触式智能卡读写功能。单片机通过RS485接口电路与电能计量模块间的信息交互， 实现电能消费数据的读取及费用核算。测试结果表明，系统具有较高可靠性、稳定性、灵活 性及实用性。该设计成果为电动汽车充电基础设施的产业化运行及服务结算方式提供了一 定的借鉴和参考意义。
【主权项】
1. 一种新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其特征在于:包括主 控制电路，所述主控制电路分别连接射频卡读写电路、与电量计量模块连接的RS485接口电 路、与电动汽车充电粧中的主控制器或上位机连接的RS232接口电路。2. 根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述主控制电路包括微控制器以及与微控制器连接的复位电路、电源接口电路、 晶振电路、USB转串口程序下载接口电路、LED工作指示电路。3. 根据权利要求2所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述微控制器采用STM32F103C8T6单片机。4. 根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述射频卡读写电路包括与主控制电路连接的射频卡读写芯片，以及与射频卡 读写芯片连接的天线。5. 根据权利要求4所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述射频卡读写芯片采用MFRC531射频卡读写芯片。6. 根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述RS485接口电路采用MAX485芯片。7. 根据权利要求1所述的新能源电动汽车充电粧充电费用非接触式刷卡结算装置，其 特征在于:所述RS232接口电路采用MAX232电平转换芯片。
【文档编号】G07F15/00GK205656714SQ201620381520
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月29日 公开号201620381520.6, CN 201620381520, CN 205656714 U, CN 205656714U, CN-U-205656714, CN201620381520, CN201620381520.6, CN205656714 U, CN205656714U
【发明人】徐坤, 韩秋英, 耿文波, 陈立勇, 张宏, 张少辉, 张青锋, 王洪峰, 王祺, 李纲, 李 浩, 邵泽龙, 徐尚中, 孙挺, 王伟, 樊宇, 王迤冉, 朱海
【申请人】周口师范学院