基于STM32单片机的充电桩控制系统设计

基于STM32单片机的充电桩控制系统设计

摘　要

本论文基于单片机设计了一种充电桩控制器，实现了RFID卡管理、温度检测、计时计费、电压检测和远程控制等多项功能。通过该设计，可以提高充电桩的安全性和智能化程度，满足用户对充电桩的需求。

在RFID卡管理功能方面，用户可以通过注册卡、删除卡和充值等操作来管理自己的充电卡。这样可以有效地管理充电桩的使用权，防止非法使用和滥用。

为了保证充电桩的安全运行，本设计在充电桩上加装了温度检测模块。当温度超过设定的阈值时，充电桩会自动断电，以防止温度过高引发火灾等安全问题。

本设计实现了充电桩的计时计费功能。当用户开始充电时，显示模块会开始计时，并显示当前充电费用。充电结束后，系统会自动扣费，并断电。这样可以方便用户了解充电费用，并确保充电结束后及时停止供电。

为了保护充电桩和用户设备的安全，本设计引入了电压检测功能。当充电桩检测到电压超过设定的阈值时，会报警并断电，以避免电压过高对设备造成损坏或危险。

本设计采用WiFi模块实现了充电桩的远程控制功能。通过WiFi连接，可以将充电桩的充电状态上传至服务器，实现远程监控和管理。同时，服务器还可以远程设置每5分钟的充电费用，用于计费和收入统计。

综上所述，本论文设计的基于单片机的充电桩控制器具备了RFID卡管理、温度检测、计时计费、电压检测和远程控制等功能。通过该设计，可以提高充电桩的安全性和智能化程度，满足用户对充电桩的需求。未来可以进一步优化该设计，提高充电桩的性能和可靠性。

关键词：单片机、充电桩控制器、RFID卡管理、温度检测、计时计费

ABSTRACT

This paper presents the design of a charging station controller based on a microcontroller, which realizes multiple functions such as RFID card management, temperature detection, timing billing, voltage detection, and remote control. Through this design, the safety and intelligence of the charging station can be improved to meet the needs of users.

In terms of RFID card management, users can manage their charging cards through operations such as card registration, deletion, and recharge. This effectively manages the usage rights of the charging station, preventing unauthorized use and abuse.

To ensure the safe operation of the charging station, a temperature detection module is installed on the charging station. When the temperature exceeds the set threshold, the charging station will automatically cut off power to prevent safety issues such as fire caused by high temperature.

This design realizes the timing billing function of the charging station. When users start charging, the display module starts timing and displays the current charging fee. After charging is completed, the system automatically deducts the fee and cuts off power. This allows users to easily understand the charging cost and ensure that power supply is stopped promptly after charging is completed.

To protect the safety of the charging station and user devices, this design introduces a voltage detection function. When the charging station detects that the voltage exceeds the set threshold, it will sound an alarm and cut off power to avoid damage or danger caused by high voltage.

This design adopts a WiFi module to realize the remote control function of the charging station. Through WiFi connection, the charging status of the station can be uploaded to the server for remote monitoring and management. At the same time, the server can remotely set the charging fee for every 5 minutes for billing and income statistics.

In summary, the microcontroller-based charging station controller designed in this paper has functions such as RFID card management, temperature detection, timing billing, voltage detection, and remote control. This design improves the safety and intelligence of the charging station, meeting the needs of users. Future work can further optimize the design to improve the performance and reliability of the charging station..

Keywords: microcontroller, charging station controller, RFID card management, temperature detection, timing billing

摘　要 I

ABSTRACT II

1　引言 1

1.1 选题背景及实际意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 课题主要内容 3

2　系统设计方案 4

2.1 系统整体方案 4

2.2 单片机的选择 5

2.3 电源方案的选择 6

2.4 显示方案的选择 8

2.5 温度检测方案的选择 9

3系统设计与分析 11

3.1 整体系统设计分析 11

3.2 主控电路设计 11

3.2.1 STM32F103C8T6单片机 12

3.2.2 晶振电路和复位电路 13

3.3 液晶屏显示模块 14

3.4 DS18B20传感器检测温度模块 14

3.5 RFID-RC522模块 15

3.6 蜂鸣器模块 17

4 系统程序设计 18

4.1 编程软件介绍 18

4.2 主程序流程设计 18

4.3 按键函数流程设计 21

4.4 显示函数流程设计 23

4.5 处理函数流程设计 24

5 仿真调试 27

5.1仿真总体设计 27

5.2按键调节阈值测试 27

5.3温度检测测试 28

结论 30

参考文献 32

致谢 33

1　引言

1.1选题背景及实际意义

随着电动车市场的迅猛发展和普及，充电桩作为电动车充电的基础设施，也呈现出爆炸性的增长态势。然而，传统的充电桩存在许多亟待解决的问题，如管理上的不便、安全隐患、费用不透明等，这些问题不仅影响了充电桩的使用体验，也制约了充电桩行业的发展和普及。因此，如何解决这些问题，提升充电桩的性能和安全性，成为了摆在我们面前的重要课题。

为了解决上述问题，本论文设计了一种基于单片机的充电桩控制器。这款控制器不仅具备RFID卡管理、温度检测、计时计费、电压检测和远程控制等多项功能，而且在实现这些功能的同时，还充分考虑了实际应用场景和用户需求，具有极高的实际意义和价值。

首先，通过温度检测和电压检测功能，本论文设计的充电桩控制器能够实时监测充电桩的工作状态，及时发现并处理可能存在的安全隐患。例如，当充电桩温度过高或电压异常时，控制器会立即发出警报，提醒用户及时采取措施，避免火灾和设备损坏等安全问题的发生。这一功能极大地提高了充电桩的安全性和稳定性，为用户提供了更加放心、可靠的充电服务。

其次，通过RFID卡管理和远程控制功能，本论文设计的充电桩控制器实现了智能化管理和使用。用户只需通过一张RFID卡，就可以轻松管理自己的充电卡，无需再担心忘记密码或丢失卡片等问题。同时，用户还可以通过手机或其他智能设备，远程控制充电桩的开关和充电状态，实现了真正的智能化管理和使用。这一功能不仅提高了充电桩的便捷性和灵活性，也提升了用户的充电体验。

此外，计时计费功能也是本论文设计的充电桩控制器的一大亮点。通过精确计算充电时间和电量消耗，用户可以清晰地了解每次充电的费用，避免了费用不透明的问题。这一功能不仅提高了用户的满意度和信任度，也为充电桩运营商提供了更加公平、透明的计费方式。

最后，本论文设计的充电桩控制器还具有促进充电桩行业发展的重要意义。通过提高充电桩的安全性和智能化程度，可以增加用户对电动车的信心和使用意愿，推动电动车市场的发展。同时，优化充电桩的性能和可靠性，可以提高充电桩的使用效率和服务质量，促进充电桩行业的健康发展。这一功能不仅有助于提升整个行业的竞争力和影响力，也为社会的可持续发展做出了积极贡献。

综上所述，本论文设计的基于单片机的充电桩控制器具有重要的实际意义和应用价值。它不仅解决了传统充电桩存在的问题，提高了充电桩的安全性和智能化程度，还改善了用户体验，促进了充电桩行业的发展。随着电动车市场的不断壮大和普及，相信这款充电桩控制器将会在未来发挥更加重要的作用，为人们的出行和生活带来更加便捷、安全、高效的充电服务。

1.2国内外研究现状

在国内外研究现状方面，充电桩控制器作为电动车充电基础设施的重要组成部分，一直受到广泛的关注和研究。在国外，许多知名的电动汽车制造商和科技公司都在积极投入研发，推动充电桩技术的不断创新和发展。例如，特斯拉、宝马、大众等汽车巨头都有自己的充电桩产品，这些产品不仅具备快速充电、安全稳定等基本功能，还融入了智能化、网络化等先进技术，为用户提供了更加便捷、高效的充电服务。

同时，国内也有许多企业和研究机构在充电桩控制器领域取得了显著的成果。他们针对国内市场的实际需求和用户习惯，设计出了符合国情、具有自主知识产权的充电桩控制器。这些控制器在安全性、稳定性、智能化等方面都达到了较高的水平，为国内的电动车用户提供了更加可靠、便捷的充电解决方案。

然而，尽管充电桩控制器的研究和应用已经取得了一定的进展，但仍存在许多挑战和问题需要解决。例如，如何进一步提高充电桩的充电效率、降低充电成本、增强充电桩的兼容性和可扩展性等，都是当前研究的热点和难点。因此，本论文设计的基于单片机的充电桩控制器，正是在这样的背景下应运而生，旨在为解决上述问题提供一种新的思路和方案。

具体来说，本论文设计的充电桩控制器采用了单片机作为核心控制器，通过集成RFID卡管理、温度检测、计时计费、电压检测和远程控制等多项功能，实现了充电桩的智能化管理和使用。这一设计不仅提高了充电桩的安全性和稳定性，还提升了用户的充电体验和满意度。同时，该控制器还具有成本低、易于推广等优点，有望在国内外的充电桩市场中发挥重要作用。

总之，充电桩控制器作为电动车充电基础设施的核心组件，其研究和发展具有重要的意义和价值。本论文设计的基于单片机的充电桩控制器，是在国内外研究现状的基础上，结合实际需求和技术发展趋势，进行的一种创新性的探索和实践。相信随着技术的不断进步和应用的不断深化，充电桩控制器将会在未来发挥更加重要的作用，为人们的出行和生活带来更加便捷、安全、高效的充电服务。

同时，随着物联网、大数据、人工智能等技术的快速发展，充电桩控制器的研究和应用也将迎来更加广阔的空间和机遇。例如，通过将这些先进技术融入充电桩控制器中，可以实现更加智能化、网络化的管理和服务，提高充电桩的使用效率和用户体验。此外，随着电动车市场的不断扩大和普及，充电桩控制器的市场需求也将不断增长，为相关企业和研究机构提供了更加广阔的发展空间和商业机遇。

因此，本论文设计的基于单片机的充电桩控制器不仅具有重要的实际意义和应用价值，也具有一定的前瞻性和创新性。未来，我们将继续关注和研究充电桩控制器领域的最新动态和技术发展趋势，为推动充电桩行业的发展和普及做出更大的贡献。

1.3 课题主要内容

本设计旨在开发一款基于单片机的充电桩控制器，具备以下核心功能：

1. RFID功能支持注册卡与删除卡操作，并提供充值服务，以增强用户管理的灵活性和便捷性。

2. 充电桩内置温度检测机制，确保在温度过高时自动断电，从而保障充电过程的安全性和稳定性。

3. 控制器在充电启动时，将同步启动显示模块进行计时，并实时显示当前充电费用。充电结束后，系统将自动完成扣费操作，并自动断电，实现充电流程的智能化管理。

4. 控制器具备电压和电量检测功能，以监控充电过程中的电压和电量变化，确保充电质量和效率。

5. 当电压超过预设阈值时，系统将触发报警机制并自动断电，以避免设备损坏和安全隐患。

6. 本设计采用WiFi模块实现设备充电状态的实时上传，并支持远程设置每5分钟的充电费用，以满足不同用户的计费需求。

参考文献

[1] 高月辉,龙威林.智能交流充电桩控制器的设计与制作[J].电子制作, 2014(7X):2.

[2] 杨天林,徐亮,陈光,等.一种电动汽车充电桩控制器:CN 201020148692[P].CN 201681440 U.