一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及其管理方法技术方案

一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及其管理方法，包括硬件结构及系统管理方法。硬件结构包括外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸屏和PC机一台；系统的管理方法包括人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块的数据管理及操作。本发明专利技术适用领域广，为相关领域人员提供较好的设计参考和技术支持；箱体式结构具有可拆卸的硬件和翻转的外壳有利于演示教学及工程应用，使受教者深入理解设备工作原理；设备整体利于教学推广且成本低，易于构建小型教学设备教学使用，具有较好的实用及推广价值。

A Charging Management System for Electric Vehicle and Its Management Method for Teaching Demonstration

A charging management system and its management method for electric vehicle used in teaching demonstration include hardware structure and system management method. The hardware structure includes an external box, main controller module, credit card payment module, network module, power supply module, load equipment, printer, indicator lamp, touch screen and PC. The management method of the system includes man-machine interaction module, power metering module, two-dimensional code payment module and data management and operation of user power metering module. The invention has a wide application field and provides better design reference and technical support for personnel in relevant fields; the box structure with detachable hardware and reversible shell is beneficial to demonstration teaching and engineering application, so that the trainees can deeply understand the working principle of the equipment; the equipment as a whole is conducive to teaching promotion and low cost, easy to construct small teaching equipment for teaching and use, and has better practicability; Promotion value.

【技术实现步骤摘要】
一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及其管理方法
本专利技术涉及一种电动汽车充电系统及教学领域，特别是一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及管理方法。
技术介绍
当前，电动汽车充电桩已经开始运行，但是并未大面积普及，其主要原因在于充电桩数量远滞后于电动汽车数量。充电设备和电动汽车数量的不匹配会造成电动汽车充电的不及时和使用的不便，制约电动汽车的普及；同时充电设备性能的优劣至关重要的条件之一是软件系统的质量高低，即由充电桩充电管理系统决定。充电管理系统设计的不足会降低充电桩整体性能，管理方法的不足降低充电管理系统性能，为此，管理系统的管理方法亟待优化。现有充电桩及其相关专利技术涉及充电管理及其方法较少，多偏向工程实践，少有注重教学实践及原理，这将减少充电管理系统及充电桩设计人群，进而影响电动汽车的大面积推广；同时该领域系统开发需要具备一定的专业知识，对于一般的研究人员来说开发周期长、难度大，直接接触硬件底层设备易造成设备损坏，不利于设备维护。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统及管理方法，解决现有技术存在的问题，在扩大电动汽车用充电管理系统及其管理方法设计人群的同时，对STM32处理器进行教学学习，提高系统工作效率、降低学习门槛的教学演示设备。本专利技术的目的是这样实现的：用于教学演示的电动汽车的充电系统及充电管理包括：充电管理系统及其充电管理方法。所述充电管理系统包括硬件模块和软件模块，软件模块实施对硬件模块的管理；所述硬件模块包括：外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸显示屏和PC机；主控制器模块同时与刷卡付费模块、网络平台模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯和触摸显示屏连接；PC机通过网络平台模块与主控制器模块连接；所述软件模块包括：人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块；所述人机交互模块采用触摸显示屏显示用户信息、系统信息及充电信息，并进行信息的输入和计费情况的显示及相应操作下的页面跳转；所述电能计量功能模块采用多功能电能表进行电能计量并和主控制器通过串口进行数据交换，通过多功能电能表和主控制器间数据交换完成电能计量功能模块的数据管理；所述二维码付费模块通过Python编写服务器程序和主控制器通信，使用PHP、HTML、JAVA混合编程完成商户后台软件的设计，通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验，进而实现扫码付费交易记录数据管理；所述用户电能计费模块使用M1射频卡作为用户的交易结算单元，通过软件设计实现对M1射频卡数据的读取和写入，实现用户信息管理，包括刷卡支付、在线充值和查询功能。优选的，所述主控制器模块安装在箱体内腔右侧，主控制器模块的外形为长方体结构；包括嵌入安装在箱体内部的STM32F103VET6处理器的开发板、仿真器及USB线。所述网络平台模块包括ESP8266wifi网络模块，ESP8266wifi网络模块与主控制器模块的下端左侧通过IO端口通信连接并板载在所述STM32F103VET6上，ESP8266wifi网络模块与PC机连接在同一子网。所述的PC机是运行有商户后台软件、Python编写服务器程序的平台，这两个程序始终运行；PC机提供编程、调试平台，同时通过自身具备的公网IP与微信/支付宝服务器通信；商户后台是由PHP、HTML和JAVA进行联合编程，商户后台在编程完成后运行在PC上并获取二维码信息；服务器程序获取商户后台的二维码信息，并通过ESP8266发送给主控制器；Python编写服务器程序和主控制器的C语言客户端程序相兼容，二者之间能够通信。优选的，所述触摸显示屏的外形为长方体结构；所述箱体上部设置有与显示屏相互匹配的方框，所述触摸显示屏固定安装在该方框内部；并通过IO端口与主控制器连接。优选的，所述刷卡付费模块包括M1射频卡以及RFID读写器；所述M1射频卡以及RFID读写器的外形均为长方形板状结构；RFID读写器位于箱体内部并通过IO端口连接主控制器，所述RFID读写器的上端固定区域放置M1射频卡。优选的，所述负载设备包括多功能单相电表、灯泡以及继电器、交流接触器以及空气开关；其中，所述继电器、交流接触器以及空气开关位于箱体上表面左部；继电器的输入端通过IO端口连接主控制器模块，输出端连接交流接触器；所述交流接触器位于箱体上表面左部，接触器另外一组端子连接空气开关的一个端子(L)和灯泡的一个端子；所述空气开关位于箱体上表面左部，一端连接220V交流电源，另一端的一个端子(N)连接灯泡的另外一个端子；所述灯泡固定安装在开关电源的上部，灯泡一个端子连接多功能单相电表的测量端子；所述多功能单相电表为PZEM-004单相智能电表，固定安装于箱体内腔左侧，多功能单相电表的一端连接220V交流电源，另一端通过IO口与主控制器模块连接。优选的，所述打印机为DP-502嵌入式打印机，打印票据，位于箱体的外部，通过IO端口与主控制器连接；所述指示灯嵌入安装在M1射频卡左下角的箱体上，通过IO端口与主控制器连接，进行信息提示；通过主控制器模块对触摸显示屏、打印机和指示灯综合控制完成人机交互模块的数据管理。优选的，所述电源模块包括220V交流电源一个及5V开关电源一个，220V交流电源为位于箱体外部的常用220V交流插座，5V开关电源与多功能单相电表并排固定安装在箱体内腔左侧，开关电源的外形为长方体结构，安装在长方体外壳内；用以对所述打印机和单相多功能电表及继电器提供5V工作电压；指示灯嵌入安装在RFID读写器左下角的箱体上。优选的，所述的长方体外壳，采用阻隔防爆材料制作，内部设备之间连接及外壳均符合安全防爆要求；阻隔防爆材料产品是采用特殊铝合金系列材料及特殊的加工工艺制造而成的抑爆材料。优选的，箱体为长方体结构，安装在其内部的器件之间连接均符合安全防爆要求；箱体包括相互匹配铰接安装的上壳及下壳；翻开上壳可对硬件进行拆卸，灯泡、空气开关、继电器及接触器均可以拆卸；上壳打开为STM32F103VET6处理器，可作教学功能讲解使用；在上壳关闭之后，上壳与下壳闭合位置的左侧2个拐角，采用角扣进行固定；角扣的外形为三角柱结构，角扣与箱体右侧拐角位置配合的一面开设有与箱体拐角相匹配的角槽，箱体的右侧拐角嵌入安装到角扣侧面的角槽内部进行固定；下壳内部为主控制器部分及硬件间的连接，用以教学讲解，叙述原理接线使用。充电管理方法的具体操作步骤为：(1)硬件模块接通电源后，开始上电：充电管理系统进入充电菜单，在触摸显示屏上输入待充电数值，相关数据信息通过触摸显示屏显示，并在主控制器中计算出充电金额；(2)选择刷卡付费或扫码付费进行支付：刷卡付费的数据管理通过对M1射频卡的读写操作完成扣费；二维码扫码付费的数据通过商户后台进行管理，并记录在数据库中；(3)付费成功充电：付费成功后接通所述继电器及接触器对灯泡供电，指示灯亮红灯提示开始充电，并对充电过程电压电流进行实时采集和显示；M1射频卡付费成功后通过软件编程控制继电器直接开通；二维码付费成功后通过运行在PC机上的服务器程序获取并发给控制器的商户后台的交易支付信息判断是否成功缴费；已充电能及充电过程中电压电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统，其特征是：所述充电管理系统包括硬件模块和软件模块，软件模块实施对硬件模块的管理；所述硬件模块包括：外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸显示屏和PC机；主控制器模块同时与刷卡付费模块、网络模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯和触摸显示屏连接；PC机通过网络模块与主控制器模块进行网络连接，通过仿真器和USB线进行物理连接；所述软件模块包括：人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块；所述人机交互模块采用触摸显示屏显示用户信息、系统信息及充电信息，并进行信息的输入和计费情况的显示及相应操作下的页面跳转；所述电能计量功能模块采用多功能电能表进行电能计量并和主控制器通过串口进行数据交换，通过多功能电能表和主控制器间数据交换完成电能计量功能模块的数据管理；所述二维码付费模块通过Python编写服务器程序和主控制器通信，使用PHP、HTML、JAVA混合编程完成商户后台软件的设计，通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验，进而实现扫码付费交易记录数据管理；所述用户电能计费模块使用RFID设备作为用户的交易结算单元，对M1射频卡数据读取和写入，实现用户信息管理，包括刷卡支付、在线充值和查询功能。...

【技术特征摘要】
1.一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统，其特征是：所述充电管理系统包括硬件模块和软件模块，软件模块实施对硬件模块的管理；所述硬件模块包括：外部的箱体、主控制器模块、刷卡付费模块、网络模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯、触摸显示屏和PC机；主控制器模块同时与刷卡付费模块、网络模块、电源模块、负载设备、打印机、指示灯和触摸显示屏连接；PC机通过网络模块与主控制器模块进行网络连接，通过仿真器和USB线进行物理连接；所述软件模块包括：人机交互模块、电能计量功能模块、二维码付费模块和用户电能计费模块；所述人机交互模块采用触摸显示屏显示用户信息、系统信息及充电信息，并进行信息的输入和计费情况的显示及相应操作下的页面跳转；所述电能计量功能模块采用多功能电能表进行电能计量并和主控制器通过串口进行数据交换，通过多功能电能表和主控制器间数据交换完成电能计量功能模块的数据管理；所述二维码付费模块通过Python编写服务器程序和主控制器通信，使用PHP、HTML、JAVA混合编程完成商户后台软件的设计，通过商户后台实现二维码扫码付费账目结算和数据库账目校验，进而实现扫码付费交易记录数据管理；所述用户电能计费模块使用RFID设备作为用户的交易结算单元，对M1射频卡数据读取和写入，实现用户信息管理，包括刷卡支付、在线充值和查询功能。2.根据权利要求1所述的一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统，其特征是：所述主控制器模块安装在箱体内腔右侧，主控制器模块的外形为长方体结构；包括嵌入安装在箱体内部的STM32F103VET6处理器的开发板、仿真器及USB线；所述网络模块是ESP8266wifi模块，ESP8266wifi模块与主控制器模块的下端左侧通过IO端口通信连接，板载在所述STM32F103VET6上；ESP8266wifi模块与PC机连接在同一子网；所述的PC机是运行有商户后台软件、Python编写服务器程序的平台，这两个程序始终运行；PC机提供编程、调试平台，同时通过自身具备的公网IP与微信/支付宝服务器通信；商户后台是由PHP、HTML和JAVA进行联合编程的软件，商户后台在编程完成后运行在PC上并获取二维码信息；服务器程序获取商户后台的二维码信息，并通过ESP8266发送给主控制器；Python编写服务器程序和主控制器的C语言客户端程序相兼容，二者之间能够通信；所述触摸显示屏的外形为长方体结构；所述箱体上部设置有与显示屏相互匹配的方框，所述触摸显示屏固定安装在该方框内部；并通过IO端口与主控制器连接；所述刷卡付费模块包括M1射频卡以及RFID读写器；所述M1射频卡以及RFID读写器的外形均为长方形板状结构；RFID读写器位于箱体内部并通过IO端口连接主控制器，所述RFID读写器的上端固定区域放置M1射频卡。3.根据权利要求1所述的一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统，其特征是：所述负载设备包括多功能单相电表、灯泡以及继电器、交流接触器以及空气开关；其中，所述继电器、交流接触器以及空气开关位于箱体上表面左部；继电器的输入端通过IO端口连接主控制器模块，输出端连接交流接触器；所述交流接触器位于箱体上表面左部，接触器另外一组端子连接空气开关的一个端子(L)和灯泡的一个端子；所述空气开关位于箱体上表面左部，一端连接220V交流电源，另一端的一个端子(N)连接灯泡的另外一个端子；所述灯泡固定安装在开关电源的上部，灯泡一个端子连接多功能单相电表的测量端子；所述多功能单相电表为PZEM-004单相智能电表，固定安装于箱体内腔左侧，多功能单相电表的一端连接220V交流电源，另一端通过IO口与主控制器模块连接；所述打印机为DP-502嵌入式打印机，打印票据，位于箱体的外部，通过IO端口与主控制器连接；所述指示灯嵌入安装在M1射频卡左下角的箱体上，通过IO端口与主控制器连接，进行信息提示；通过主控制器模块对触摸显示屏、打印机和指示灯综合控制完成人机交互模块的数据管理。4.根据权利要求1所述的一种用于教学演示的电动汽车用充电管理系统，其特征是：所述电源模块包括220V交流电源一个及5V开关电源一个，220V交流电源为位于箱体外部的常用220V交流插座，5V开关电源与多功能单相电表并排固定安装在箱体内腔左侧，开关电源的外形为...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，李欣宇，孙琪琪，魏国玉，吴远航，吴镇，时运通，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32