基于RFID技术的电动车充电系统

全刘辉　欧阳玉梅　郑皓洪

【摘 要】本文设计了基于RFID技术的一种刷卡式的充电服务终端硬件装置，实现刷卡自动计费。本程序以AT89S52单片机为主控制器，用MFRC500射频识别芯片进行识别，并与射频卡进行通信。

【关键词】RFID； AT89S52； MFRC500； ADE7755

0 引言

电动车是一种非常理想的中短途日常交通工具，电动车的应用有效地解决了能源和环境两大难题，因此，在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。目前，RFID作为一种非接触式的自动识别通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别的特定目标建立机械或光学接触，于是基于RFID的电动车充电系统也就应运而生了。

1 国内外研究现状

卡式自动计费的电动车充电系统在目前为止还只是在启蒙阶段，根据在互联网上搜索的结果显示，在国内这一设计尚未取得阶段性的普及。大部分电动车用户仍然习惯于家用充电或者使用按月收费的方式。但是在国外，这个设计已经转化成实物开始在大街小巷开始流行了。在美国加利福利亚州，加州 Coulomb Technologies 声称公司将在圣荷塞安装电动车联网充电站，当电动车司机无法利用家里车库，或外出办事需要充电时，可在充电站对车辆电池充电。司机可以每次充电后付费或交纳月费无限制地充电。这种充电站将采用基于RFID的ID卡或钥匙扣；在德国，有家叫做史瓦科的智慧交通解决方案公司，他们推出的一个产品叫做“充电直通车”，把充电桩和平常的停车自动收费机合二为一，并且配备上各种付费方式：RFID芯片，SMS短信扣费，QR二维码扫描付钱等等，同时还具有可上网功能，采集处理充电与车辆数据。

可以预见的是，这个课题在国内具有极大的研究价值，一旦普及，其经济价值将会极具商业潜力。

2 系统概述

2.1 系统实现方案

本系统把射频识别技术与电动车充电站结合起来，以AT89S52单片机为核心，利用RFID技术电子钱包功能实现用户身份识别和电子支付充电费用功能，安全可靠；充满自停，来电续充，付费合理，并加上LCD显示费用余额方便简单。本系统由五大模块组成，其中单片机系统控制数据读写，RFID模块负责发送与接受数据至单片机，继电器模块负责强弱电切换，ADE7755模块发送脉冲至单片机计算电量，LCD模块显示所进行的操作与数据。由于都是基于模块化的设计，因此能将系统化繁为简，最后得出的验证结果误差也会大大减少。

2.2 系统模块介绍

2.2.1 射频识别模块MFRC500

MFRC500是一款应用在13.56MHz频段的非接触式读取接收模块。该模块适用于各种基于ISO/IEC14443A的非接触式通信应用场合。例如公共交通终端、手持终端、板上单元、非接触式PC终端、计量模块、非接触式公用电话等。MFRC500模块实物如图1所示。

2.2.2 ADE7755计费模块

ADE7755是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量IC。它可提供基于输电线电压和电流计算的瞬时有功功率和平均有功功率。ADE7755中使用的唯一模拟电路是ADC和参考电压电路。所有其它信号处理（例如乘法和滤波）都是在数字域实现的。这种信号处理方法可在随环境条件和时间变化的很大范围内提供优异的稳定性和精度。ADE7755是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过IEC1036规定的准确度要求。ADE7755模块实物如图2所示：

3 系统流程图

系统具体的工作流程如图3所示，AT89S52单片机上电后，对MFRC500模块进行刷卡操作，单片机读取到卡片信息之后判断是否有余额。没有的话就提示充值操作，同时不接通继电器，也就无法进行充电操作。当检测到有余额后，接通继电器，同时ADE7755模块开始计量工作，同时将脉冲发送回单片机，这两个数据都将在LCD12864液晶显示屏上。在最初进行刷卡操作时，液晶显示卡片信息。

4 系统总调试

实现整个系统的功能是通过硬件电路和软件相结合来实现的，当硬件基本定型后，软件程序功能也就基本确定了。从软件的主要功能可分为主程序和子程序，主程序是整个系统的核心，专门用来协调子程序和操作者间的关系。子程序是用来完成各种实质性的功能如发送数据、计算、显示等。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。

经过以上各模块的调试，系统的功能基本可以实现了，还需要合并起来，液晶初始化显示一些信息，然后按照寻卡——防碰撞——选择卡——验证密码——读块的操作步骤，把读到的信息发到单片机，单片机在这时做出判断，若判断结果正确（即能读到卡里有余额），则单片机控制P1.4管脚为低电平，此时三极管导通，继电器闭合，此时由于单片机电流过小，因此继电器可以控制弱电切换成强电流，插座才可以导通充电。若判断结果不正确（既卡里没有余额），则单片机控制P1.4管脚为高电平，此时三极管反相截止。由于三极管是与继电器模块相接的用来控制用电的导通与关闭，另外也可以用来控制市电（强电）与单片机+5V电（弱电）的切换。因此三极管截止后继电器也无法工作。

5 结论

本系统使用单片机来进行读写控制，非接触式IC卡来作为数据载体。这个系统相较于普通的居民电动车收费模式有相当大的优势，其在于：①电量计算精确，收费透明，能使人民群众节省开支；②方便管理，使用者都会有属于自己的非接触式IC卡，做到充多少用多少，不需要专人来进行收费；③由于操作简单易懂，易于被广大人民群众接受，能得到较快的普及应用。

【参考文献】

[1]石蕾，陈敏雅.RFID系统中阅读器的设计与实现[J].电脑开发与应用，2008，7.

[2]路秋生.常用充电器电路与应用[M].北京机械工业出版社，2005.5：18-136.

[3]王鸿麟，钱建立，周晓军.智能快速充电器设计与制作[M].北京科学出版社，2001.4：122-154.

[4]陈冲，徐志，何明华.一种新的RFID防碰撞算法的研究[J].福州大学学报， 2009，3.

[5]Chips S C.RF Power Amplifiers for Communications[M].MA：Artech House，1999.10：50-90.

[6]Depenbrock M.Direct self-control（DSC） of inverterfed machine[J].I EEE Trans on PE，1998，3（4）：420-429.

[责任编辑：王楠]