基于GSM的电动汽车充电控制系统设计与实现*

任治 魏丹 曹景胜 郝亮（辽宁工业大学汽车与交通工程学院）

随着我国汽车产业的迅速发展，电动汽车以其零排放和无污染等特点将是今后交通工具发展的必然趋势。但电动汽车的充电过程时间较长，而且通常无人值守，存在一些不确定的安全隐患，诸如交流电压过高/过低、温度过高、电流冲击浪涌及过载等问题[1]。因此采用先进的高科技手段实现对电动汽车充电的远程监控有着极其重要的意义和必要性。开发了基于GSM的电动汽车充电控制系统，基于STC89C52RC单片机，使用TP4056锂电池充电芯片进行充电控制，若充电完毕则通过GSM网络将报告消息发送到车主手机上，极大提高了远程监控锂电池充电的效率，具有良好的应用前景。

1 系统总体设计

本系统使用锂电池充电芯片进行电池充电实时检测，在充电过程中，由微控制器单元采集有关的参数进行预判断，得出锂电池是否充电完毕等结果并实时显示到12864中文液晶显示屏上，并通过GSM网络以短消息的方式向车主进行告知，使车主实时了解到电动汽车锂电池充电状态。系统总体框图，如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件电路平台设计主要包括单片机最小系统、电源电路、锂电池充电电路、液晶显示电路及GSM通讯电路等各个具体功能电路。其硬件平台框图，如图2所示。

电动汽车充电控制系统要求稳定性好，性价比与实时性高，考虑到系统完成的功能较多[2]，这里采用微控制器STC89C52RC单片机，该芯片基于高性能的8位CPU，允许在系统编程（ISP），因此广泛应用在大部分嵌入式控制系统领域。STC89C52RC最小系统的电路原理图，如图3所示。

电源直流供电稳压模块的主要功能是将嵌入式系统外部高电压转换为内部各功能模块供电的直流低电压，本系统使用直流稳压芯片AMS1117-5.0稳压出5 V低电压。该芯片为低压差稳压转换芯片，其可在工作压差低至1 V时输出1 A的工作电流，具有优秀的稳压效果[3]。电源稳压转换电路原理图，如图4所示。

本系统锂电池充电模块设计中使用的TP4056充电芯片是采用恒定电流和电压进行线性充电，其SOP8微小封装（底端附带散热片）与少量的外围器件使得TP4056成为完整的单节锂离子电池充电方案。

TP4056充电芯片内部基于PMOSFET架构和防倒充电路，因此外围不再设计隔离二极管电路，从而使得充电电路简单可靠。芯片通过对一个调节电阻进行设置来控制充电电流大小，而充电电压则最高为4.2 V。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环[4]。当断掉输入电压时，TP4056充电芯片会自动进入低功耗模式，使得锂电池漏电流被降至3 μA。TP4056充电芯片还包括欠压闭锁及电池的温度检测等功能。该充电芯片实物图，如图5所示。

本系统设计采用12864中文液晶显示器，其主要目的是为了实时显示当前锂电池充电状态。当系统电源接通后，中文液晶显示模块显示开发者所在的学校和学院名称、当前锂电池充电进度和状态；若锂电池处于充电过程中，则中文液晶显示屏显示“充电状态：充电中…”；若锂电池充电完毕，则中文液晶显示屏上立即显示“充电状态：充电完毕，请短信告知主人！”。

12864中文液晶与STC89C52RC微控制器的接口电路原理图，如图6所示。

当电动汽车充电完毕后，微控制器驱动GSM模块将报告短消息发送到车主手中，因此这里使用了一款应用比较广泛的通信模块SIM300手机模块[5]。在硬件设计中，通过串口1与STC89C52RC微控制器连接，其与微控制器接口原理图，如图7所示。

在设计本系统硬件原理图时，充分考虑到在以后写软件程序过程中的调试问题，设计了串口调试模块电路。通过串口，可以将软件程序中需要观察的变量、GSM模块返回结果及执行结果等打印到上位机软件上，这样可以更加充分了解软件执行流程。

3 系统软件设计

在本设计技术方案中，构建完系统硬件，有了系统运行的硬件基础后，则编写软件代码，本系统软件程序包括嵌入式程序和上位机程序。嵌入式程序在系统STC89C52RC硬件执行，上位机程序则运行于电脑上。

采用由ARM公司出品的MDK V4集成开发环境，使用嵌入式C语言来编写本系统的嵌入式程序，采用模块化流程开发和设计，编写了系统各个硬件初始化模块、锂电池充放电模块、中文液晶显示模块、GSM通讯模块及串口调试模块等驱动程序，同时进行程序在线仿真。

由于本系统支持将电动汽车充电状态信息发送到车主手机上，因此设计了上位机软件，可以通过上位机软件设置车主的手机号码，然后通过串口将号码传给嵌入式硬件板保存，上位机软件界面，如图8所示。该系统软硬件设计完毕并进行了联机调试和测试，测试结果显示该系统能很好地完成锂电池充电信息采集，中文液晶显示屏实时显示当前充电状态，若充电完毕，则发送报告短信到车主手机上提示充电完毕。系统样机照片，如图9所示。

4 结论

文章研究和设计了基于GSM的电动汽车充电控制系统，采用TP4056锂电池充电芯片进行电池充电实时检测，在充电过程中，由微控制器单元采集有关的参数进行预判断，得出锂电池是否充电完毕等结果并实时显示到12864中文液晶显示屏上，并通过GSM网络以短消息的方式向车主进行告知，使车主实时了解到电动汽车锂电池充放电状态。提高了无线远程管理电动汽车充电的效率，具有良好的应用前景。