电动汽车发展迅猛，技术日趋成熟，但大量电动汽车充电时会对电网产生越来越大的影响，电动汽车充电有着随机性特点，其无序充电在较为极端的情况下会出现极充电峰值，选择电网建设以及新增装机容量等方式满足电网新增符合需求，将极其容易导致电网设备利用率严重下降，对电网供需平衡造成严重影响，使得电网电压稳定性无法得到保证。且容易导致电网出现谐波污染，造成电网电能质量的严重下降[2-4]。所以现在大多数住宅小区和停车场地都对充电桩的安装数量提出了严格的限制，由于市场正规的充电桩都瞬间功率巨大，超过100 kW，设备成本较高，所以电动汽车充电目前仅仅限于中心城市。

针对上述现象本文提出了一种基于单片机电动汽车充电系统。其主要特点在于，以电能计量和提供电源为主，利用车载家用充电器，主要技术特征为：通过RFID识别用户身份和移动支付以便于管理和收费，利用标准RS485串行接口的电能模块实现用电量检测，用户可以根据需要选择立即充电或在电网波谷进行充电以减少电费支出，单片机的串口能实现多个分机的联网，以实现总功率限制。由于单个汽车充电功率不大于10 kW，所以可以在小城镇大面积推广。

该套设备的成本低，因单个汽车功率小，故可以在住宅小区同时为数十台汽车充电，尤其是多台联网，可实现智能充电管理，夜间充电能够为用户大幅度减少电费支出，可以在乡间小镇大面积推广，解决目前电动汽车不能走出大城市的现实问题。

1 系统整体设计

如图1所示，该应用系统主要由嵌入式单片机STC8、RFID射频模块、RS-485串行通信接口、数据显示模块、电池数据采集模块、电源电路模块、故障报警模块组成[5]。该系统的核心部件是STC8单片机，它能完成读取智能IC卡中付费信息，接收按键的控制指令（参数设置），并处理发送给后台处理，同时接收并处理前端智能电表反馈的数据，实现计费和定时控制。本系统的最大优点在于需要的功率小，按照目前车载3.5 kW的功率要求，一般农家乐、小镇旅馆、停车场均可以安装，便于在小城市等普及推广，由于本装置只提供电源，充电安全监护等均由车载充电器提供，所以成本低，便于推广。待其批量应用若能获得电力系统的波谷充电优惠，可使得用户用电成本降低50%左右，并能有效减少电网用电功率的波动。

图1 统总视图

2 系统硬件设计

本系统的硬件系统由6部分构成，其中控制系统的电源模块通过LM2596把开关电源提供的DC24V转换成稳压5 V；IC卡数据读取模块通过其UART标准串口，读取用户电能计量的预存数据，并实现扣费功能；基于RS485数据接口的智能电表模块与单片机的串口连接，通过读取仪表内部固定地址的电能实现用户电量核算；为了适应用电场合，便于现场观测，数字显示屏幕选择数码管，使用集成驱动TM1638显示模块，通过SPI串行接口实现10位数码管的驱动；充电电源的启停使用，继电器输出驱动输出，由于车载充电器没有像电机负载那样瞬间大电流冲击，可以直接利用可控硅固态继电器，以实现无触点输出。本系统共使用了3个串行接口，宏晶公司的STC内部独立4个串口给本系统的硬件电路设计带来了很多便利[6]。

2.1 电源电路模块

本系统控制电源电路设计，使用LM2596-5集成控制电源芯片，它的外部器件较少，可以把直流电压8～36 V的输入稳定到输出直流5 V，实际测量电压波动，误差小于0.06 V，将提供电源给IC卡、显示器、驱动电路等，如图2所示[7]，L1为充电电感，主要在LM2596瞬间导通后存储电能，给电容C8提供电能，由于开关电源的导通频率一般为100 kHz左右，导通的时间只有几个μs，通过调节导通的时间来调节输出电压的大小，电容上的电压反馈给LM2596的第四管脚，闭环控制导通角实现稳定输出电压的目的。续流二极管D2它在关断的瞬间，保持电流继续形成回路，以防止电感L1由于的瞬间断开而引起高电压，形成电流回路实际上利用一个电感实现了变压器的功能。其电感与续流二极管的参数和直接与电源的功率有关[8-9]。

图2 内部电源电路模块

2.2 控制CPU的选择

目前用于测试与控制的CPU，市场上流行的控制CPU主要有32位ARM核与8位单片机，由于本系统采用了模块化设计，像电能采集等需要大量硬件与数据处理任务的应用都选择了专用模块化产品。所以降低了对CPU硬件速度和内部资源的要求。因此本系统选用了技术上比较成熟的宏晶单片机新型产品STC8系列单片机。