应用方案

国网充电桩计费单元实现方案作者:黄志超    发布时间:2017-4-11 15:30:58    被阅览数:

  国家电网发布了《电动汽车非车载整车直流充电机通用技术规范》作为采购标准,根据这一规范,英创公司推出了EM3357工控主板,方便用户快速搭建能够符合国家电网规范的应用方案,考虑到客户已经利用EM9287构建出成熟的充电方案推出,所以将EM3357的管脚设计为和EM9287的管脚完全兼容,方便客户直接替换。


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EM3357工控主板


  从《电动汽车非车载整车直流充电机通用技术规范》中对充电机内部元器件关系图的定义可以看出,最核心的的部分为计费控制单元,计费控制单元通过软硬件接口连接相应输入/输出组件,完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停、与车联网平台通信等功能:


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充电机内部元器件关系


  根据规范中对计费控制单元软硬件技术参数要求,利用EM3357可以方便快速的搭建出符合技术规范的应用,EM337的接口资源如下表:


 核心单元

 Cortex-A8处理器,1GHz主频

 512MB DDR3系统内存,用户可用空间大于430MB

 1GB FLASH存储器,用户文件空间890MB

 硬件浮点协处理器(VFP、NEON)

 MicroSD卡座,支持SDHC大容量数据存储

 通讯接口

 2路独立以太网接口,10M/100M自适应

 7路标准UART串口(ttyS1-ttyS7)

  ttyS1 - ttyS5为高速串口,波特率可达3Mbps

  ttyS6-ttyS7为普通串口,宜作为RS485接口

 2路CAN总线接口,与GPIO复用管脚

 1路I2C接口,主控模式,最高波特率400kbps,与GPIO复用管脚

 1路SPI接口,主控模式,最高波特率48Mbps,与GPIO复用管脚

 2路USB主控接口USBH1、USBH2,支持USB虚拟串口以及基于虚拟串口功能的多种3G/4G模块

 1路USB OTG接口,USB Host / Device口可选

 人机界面

 TFT彩色LCD接口(RGB各6-bit + 同步时钟信号)

 多种显示分辨率可选(320×240 - 1024×768)

 直接支持4线制电阻触摸屏

 电阻触摸屏满足IEC-6100-4-2电磁兼容标准

 支持标准鼠标键盘(USB)、矩阵键盘(I2C接口)

 支持开机画面用户自主更新

 GPIO

 32位通用GPIO0–GPIO31,3.3V TTL电平,各位方向独立可

 控部分GPIO与系统的通讯接口复用管脚

 GPIO24–GPIO25支持外部中断触发功能,上升沿有效

 其他资源

 实时时钟RTC,具有掉电保护功

 能硬件看门狗(WDT),防止系统死锁

 调试串口ttyS0(115200 8-N-1)


  根据EM3357的资源,英创公司给出了如下设计示例,能够完全满足国家电网的充电机技术规范:


项目指标要求EM3357接口资源
CPU主频TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8 800MHzTI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8 1GHz
内存≥512MB,DDR2/DDR3512MB,DDR3
FLASH≥1GB,Nand Flash256MB-1GB,NandFlash
外部存储标准SD卡,支持最高16G。SD卡安装方式:标准SD卡,外插式安装支持标准SD卡,fat格式,大小可以到2TB
移动通信

应配置同时支持中国移动、中国联通、中国电信4G/3G/2G的全网通通信模块

4G/3G通信SIM卡通信方式:2个标准SIM卡插槽,支持外插式安装。支持应用软件选择使用其中任一SIM卡连接通信网络

EM3357有两路标准的USB_HOST接口,并配有通用转换驱动,可以支持绝大部分的移动通信模块,只需要应用程序上实现功能即可
定位应内置支持北斗系统的定位模块使用EM3357上的串口(ttyS2)与定位模块通信
ESAM支持ESAM芯片。ISO7816协议目前的ESAM芯片大多为SPI接口,可直接连接至EM3357的SPI接口(GPIO28 – GPIO31)
PSAM参考ESAM
DO

6路220V/5A;

继电器隔离

DO×6 ->GPIO0-GPIO5隔离驱动后控制继电器
DI

6路,外部提供空节点。

内部提供12V,光电隔离

DI×6 ->GPIO16-GPIO21光电隔离输入
单色屏并口8080总线默认配置为彩色屏,可以切换为单色屏,支持8080总线
键盘接口键盘:4×4键盘,8路GPIO4×4键盘 ->使用I2C总线(GPIO22,GPIO23)在应用底板上扩展矩阵键盘,有现成的案例
触摸彩屏接口LVDS接口(20线)。4线电阻触摸屏接口。4线背光电源接口LVDS接口 ->转换EM3357 CN3上的RGB信号至LVDS接口,CN3包含有4线制电阻触摸屏接口信号
掉电检测1路GPIO掉电检测 ->GPIO26中断输入
UART

UART共7路:

(1)RS232≥4路:

RS232-01:Console口。

RS232-02:连接内置或外置蓝牙模块;

RS232-03:连接内置北斗定位模块;

RS232-04:连接外置读卡器。

(2)RS485≥1路:

RS485-01:连接外置

(3)备用≥2路:

RS232/485复用1:备用,接口类型可配置。

RS232/485复用2:备用,接口类型可配置

EM3357共有7+1路标准串口,配置如下:

RS232-01 ->ttyS0,RS232电平

RS232-02->ttyS1 + RS232电平转换

RS232-03 ->ttyS2 + RS232电平转换

RS232-04 ->ttyS3 + RS232电平转换

RS485-01 ->ttyS6,该串口复用(GPIO12, GPIO13)管脚 + 光电隔离RS485转换

RS232/485复用1->ttyS4 + RS232 / RS485驱动电路。

RS232/485复用2 ->ttyS7,该串口复用(GPIO14, GPIO15)管脚,+ RS232 / RS485驱动电路。


注:ttyS5与can1复用管脚,不能引出,未用

USB

≥2路:

USB-01:USBOTG,4G/3G网卡。在模块内部用于连接网卡。

USB-02:USBHOST,引出,USBA 接口。用于插入U盘

EM3357有两路USB_HOST:

USB-01->USBH1,虚拟串口模式

USB-02->USBH2,USBTypeA接口插座

CAN BUS

≥2路:

CAN-01:CAN2.0 B,125/250kbps,与充电控制器通信。

CAN-02:CAN2.0 B,125/250kbps,备用

EM3357拥有两路独立CAN BUS接口,与GPIO复用管脚。配置如下:

CAN-01 ->can0 (GPIO8, GPIO9) + 光电隔离CAN驱动电路

CAN-02 ->can1 (GPIO10, GPIO11) + 光电隔离CAN驱动电路

网络

≥2路。10/100M,RJ45

RJ45-01:10/100M,用于连接上级系统。

RJ45-02:10/100M,备用

RJ45-01 ->eth0+ 网络变压器和RJ45插座

RJ45-02 ->eth1+ 网络变压器和RJ45插座

声音

内置功放,≥0.5W,标准3.5圆孔,立体声。

蜂鸣器。

标准3.5mm音频插口

音频立体声播放 ->USB_OTG作为HOST模式连接USB Audio模块,由模块输出2路音频模拟信号至喇叭。

蜂鸣器 ->GPIO27控制

时钟RTC时钟。具有掉电保持至少1年功能EM3357配有RTC功能,在底板上增加Li电池即可实现掉电保持
电源

输入额定电压:DC12V,输入范围DC9V-15V,具备反接保护。

额定功率:20W。

掉电保持时间≥15秒。

为读卡器提供5V电源

应用底板需实现DC-DC转换电路,为EM3357及驱动电路供电。EM3357的额定功耗小于15W,其他驱动电路耗电很低,可完全满足低于20W的额定功率要求。

鉴于成本的考虑,15秒掉电保持功能由外部单元实现

尺寸不大于200mm×150mm×80mm底板尺寸定为200mm×150mm,其中EM3357(尺寸74mm×53mm)插在应用底板上,电路板的总高度< 20mm,满足规范要求
安装导轨式或螺丝直接固定安装机箱设计可保证安装要求
软件系统Linux内核版本:3.14;

GCC:gcc-linaro-4.9-2015.02;

QT:4.8.6;

电阻式触摸屏驱动依赖库:tslib-1.4

EM3357的内核版本为Linux-4.1.6,支持所要求版本编译器。Linux-4.1.6内核支持QT:4.8.5

电阻式触摸屏驱动依赖库:tslib-1.4

工作和存储环境

湿度:5%~95%,无凝露。

工作温度:-40℃~70℃

存储温度:-40℃~85℃

EM3357工业级板卡的工作温度为:-40℃~80℃


  根据以上表格,为了方便客户参考,绘制原理框图如下所示:


国网充电桩计费单元实现方案.gif

原理框图


  综上所述,利用EM3357,能够方便快速的构建符合国家电网充电机技术规范的应用方案,并且可以根据客户的需求,灵活的设计底板,构建出具有自身特点的方案。

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