5.1技术路线
一、硬件设计
1、主控制单元
STC89C52 控制器是一种以 CMOS8 位微控制器作为核心、内置 8K 字节的可编程 flash 储存器。使用STC89C52单片机开发板，搭建基本外围电路。新能源汽车以电能作为动力，采用 STC89C52 控制器能够对电能产生控制效应。为此，充电桩以单片机作为控制中心，超声波收发模块与温度采集模块并联，形成的充电桩结构如图 1 所示：
在图 1 所示的充电桩结构中，人机交互模块（发光二极管+蜂鸣器）用于测量并记录充电桩的充电时间。交互模块并联一个液晶显示模块，显示充电桩的工作时间等参数，选定 1602 液晶显示屏为核心，可适应多种环境。将充电桩电源模块集成到硬件底部，以优化充电桩的结构。
2、功能电路结构
功能电路结构图如图2所示。
a、采用 80C52 单片控制DS18B20 温度传感器，在单片机15、16 特定管脚处，外接两个 10 MHz 无源石英晶体振荡器。
b、在单片机的两个输出引脚上，在单片机的引脚 2、3 上串联一个 RST 引脚，在该引脚上再串联一个复位开关，开关两侧连接一个 10 KΩ 的电阻以及 8 uf 的电容保护电路。
c、使用功能电路接口与温度传感器、串口通信连接，确保温度数据能显示正确：控制单片机的引脚 4 连接串口通信接口2，引脚1接地，再用DS18B20 温度传感器连接一个 AD 转换头，直接将电路内的温度显示在系统液晶显示屏上。
3、温度采集电路
设计的温度采集电路结构如图 3 所示：
在温度采集电路下，将功能电路总接口连接到单片机的 P2 端口，并在该端口处连接一个3K 的保护电阻。在实际工作过程中，将引脚 2 连接传感器的 DS18B20 串口，协同运行。
二、软件设计：
1、规范充电电感正向状态
确定充电桩的额定电流与纹波电流数值，计算充电过程的电流峰值与储存电能的数值，并参照该峰值确定电路结构中的电感量。电感储存电能的数值为：
其中，E 表示储存的电能，L 表示参与电感效应的匝线长度，I₁表示充电桩的额定电流。
在标定窗口利用系数后，得到电感工作过程所需的 AP 参数，当该参数满足最小储能条件时，控制充电裕量大于计算得到的 AP 参数。在上述设定的条件下，按电流密度，计算电感效应中的裸导线面积和电感过程产生的有效值，计算公式为：
其中，I₀ 表示初始电流参数，J 表示电流密度。
2、等效处理充电桩电感效应
a、在上述得到的参数数值下，控制计算公式(2) 为最小数值后，计算参与充电的导线匝数。假定电感效应在额定状态下工作，此时正向电感产生的电感量就可表示为：
其中，A 表示额定参数，N 表示磁芯截面参数。
b、利用基尔霍夫电压定律处理充电桩内的等效电路，消除硬件结构中的抑制谐波。在线圈工作频率相同状态下，计算电桩内产生的共振，确定电桩产生的负载功率，计算公式为：
其中，f 表示计算得到的负载功率数值，C 表示等效参数。
c、对应负载功率数值的电感状态，设定一个补偿电容参数，耦合处理线圈参数，计算互感系数为：
其中，μ 表示充电桩径向参数，D 表示电桩充电距离，R 表示参与互感效应的线圈数量。
根据计算得到的互感参数，在等效处理互感时，使充电桩中线圈保持最小，减少损耗并确保充电桩性能稳定，最终完成对新能源汽车充电系统的设计。
三、系统测试：
1、测试准备
搭建了系统测试平台，并详细列出了软硬件准备的参数，包括（如右表）：
测试时将测试环境温度设置为27℃，并将汽车动力电池的低压线束电压设为12V，初始SOC值为50%。以3.7V/1500mAh锂电池为对象，对三种不同充电系统进行对比测试。
2、测试目标：充电速度、开关损耗、温升表现。
3、对比分析：与基于负载的充电控制系统、基于多核控制器的充电控制系统比较。
四、环境兼容方面：
需要提高能源资源节约管理水平，一方面要加强关注外部环境变化是否对智能充电桩室内布局有不利影响，保证在实际使用后能顺利、持久地发挥作用。另一方面为防止绿色高效智能汽车在使用时受到电气干扰，可选用相应的工业级配件进行智能充电桩的搭建与安装工作，将其在工业生产中的电磁干扰降到最低。同时，需要加装避雷装置通过变阻器或其他二极管、磁柱等来增强对整个智能充电桩的通信线路的防静电防护，防止其被电磁干扰。此外，可以将众多先进科技与绿色高效智能汽车智能充电桩进行强强联合，从而实现长时间的汽车续航。
五、用户体验优化：
多种支付方式：为了满足不同用户的需求，充电桩可以集成刷卡支付、二维码支付等多种支付方式。
移动应用程序：开发移动应用程序，方便用户查找附近充电桩的位置、状态等信息。同时，应用程序还可以提供预约充电、在线支付等功能，提升用户体验。
实时状态反馈：通过人机交互模块和移动应用程序，用户可以实时查看充电状态、剩余时间等信息。这有助于用户合理安排时间，提高充电效率。
六、系统架构设计：
智能充电桩控制系统的架构设计应明确各个模块之间的关系和功能。采用分层设计将充电管理、用户界面、通信等功能模块划分为不同的层次，便于后续的开发和维护。同时，系统应具备良好的可扩展性，以便根据实际需求进行扩展和升级。
总体而言，针对新能源汽车充电桩因谐波抑制导致系统温度升高的问题，设计了一种基于STC89C52控制器的充电系统。硬件部分以STC89C52单片机为核心，结合石英晶体实现电路稳定；软件部分通过调控匝结构面积和电感量，优化充电性能。最后测试验证，确保充电系统的正常运行。综上所述，智能充电桩控制系统的设计是一个综合性的工程，需要综合考虑硬件、软件以及用户体验等多个方面。通过精心的设计和优化，可以为用户提供便捷、高效、安全的充电服务。
5.2拟解决的问题
目前，我国电动汽车发展历程尚浅，电动汽车充电桩的设计水准有待提升，故而需要加大研发投入，全方位提升智能充电桩的设计层次，增强其对环境的环保性且保留充电的高效性，确保可为绿色智能汽车提供稳定的电能供给，及时传达并解决问题，进一步提升充电效率，进而为我国电动汽车的发展发挥积极的推动作用。针对这些问题，通过运用好绿色高效智能汽车充电桩的管理平台和使用措施，提出具体解决以上问题的途径：
a.创建智能充电桩智慧管理平台：一方面，该平台通过对充电桩内待充电车辆的车型、功率、历史充电功率、速度、时长等数据的智能识别，依托大数据技术、数据挖掘、云计算等技术对充电桩功率进行快速调节和配置，达到快速充电的目的。另一方面，智能充电桩智慧管理平台可对充电安全状况进行全面、实时的监控，对电力系统运行状况进行自动化分析，发出维护警告。起到保护线路，火灾防控地作用。
b.汽车智能充电桩共享运用：社会对充电设施的需求越来越多，公共充电站的规模也越来越大，通过“限时”措施，充分挖掘电力潜力，并对未使用的私有充电桩进行统一管理和分配。如今，以各个运营平台为例，均可利用峰谷价格政策满足汽车用户用电需求，并利用“削峰填谷”手段，解决高峰时期用电问题。对政府经营的停车场，可以实行“限时免费”的政策，对临时停车充电的车辆可以减免收费或不收费。将停车费纳入运营方的管理体系，从而达到降低车辆充电成本、减轻用户充电负担的目的。
5.3预期成果
弄清充电桩设计思想和设计流程的关键，以及完成核心部分的设计制作，开发绿色高效智能的汽车充电桩。
