基于EM3357工控主板的國網(wǎng)充電樁計(jì)費(fèi)單元實(shí)現(xiàn)方案
國家電網(wǎng)發(fā)布了《電動(dòng)汽車非車載整車直流充電機(jī)通用技術(shù)規(guī)范》作為采購標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這一規(guī)范，英創(chuàng)公司推出了EM3357工控主板，方便用戶快速搭建能夠符合國家電網(wǎng)規(guī)范的應(yīng)用方案，考慮到客戶已經(jīng)利用EM9287構(gòu)建出成熟的充電方案推出，所以將EM3357的管腳設(shè)計(jì)為和EM9287的管腳完全兼容，方便客戶直接替換。
EM3357工控主板
從《電動(dòng)汽車非車載整車直流充電機(jī)通用技術(shù)規(guī)范》中對充電機(jī)內(nèi)部元器件關(guān)系圖的定義可以看出，最核心的的部分為計(jì)費(fèi)控制單元，計(jì)費(fèi)控制單元通過軟硬件接口連接相應(yīng)輸入/輸出組件，完成人機(jī)顯示、計(jì)量計(jì)費(fèi)、支付、數(shù)據(jù)加解密、控制充電設(shè)備啟停、與車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通信等功能：
充電機(jī)內(nèi)部元器件關(guān)系
根據(jù)規(guī)范中對計(jì)費(fèi)控制單元軟硬件技術(shù)參數(shù)要求，利用EM3357可以方便快速的搭建出符合技術(shù)規(guī)范的應(yīng)用，EM337的接口資源如下表：
| 核心單元 |
Cortex-A8處理器，1GHz主頻 512MB DDR3系統(tǒng)內(nèi)存，用戶可用空間大于430MB 1GB FLASH存儲(chǔ)器，用戶文件空間890MB 硬件浮點(diǎn)協(xié)處理器（VFP、NEON） MicroSD卡座，支持SDHC大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) |
| 通訊接口 |
2路獨(dú)立以太網(wǎng)接口，10M/100M自適應(yīng) 7路標(biāo)準(zhǔn)UART串口（ttyS1-ttyS7） ttyS1 - ttyS5為高速串口，波特率可達(dá)3Mbps ttyS6-ttyS7為普通串口，宜作為RS485接口 2路CAN總線接口，與GPIO復(fù)用管腳 1路I2C接口，主控模式，最高波特率400kbps，與GPIO復(fù)用管腳 1路SPI接口，主控模式，最高波特率48Mbps，與GPIO復(fù)用管腳 2路USB主控接口USBH1、USBH2，支持USB虛擬串口以及基于虛擬串口功能的多種3G/4G模塊 1路USB OTG接口，USB Host / Device口可選 |
| 人機(jī)界面 |
TFT彩色LCD接口（RGB各6-bit + 同步時(shí)鐘信號(hào)） 多種顯示分辨率可選（320×240 - 1024×768） 直接支持4線制電阻觸摸屏 電阻觸摸屏滿足IEC-6100-4-2電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 支持標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)鍵盤（USB）、矩陣鍵盤（I2C接口） 支持開機(jī)畫面用戶自主更新 |
| GPIO |
32位通用GPIO0–GPIO31，3.3V TTL電平，各位方向獨(dú)立可 控部分GPIO與系統(tǒng)的通訊接口復(fù)用管腳 GPIO24–GPIO25支持外部中斷觸發(fā)功能，上升沿有效 |
| 其他資源 |
實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，具有掉電保護(hù)功 能硬件看門狗（WDT），防止系統(tǒng)死鎖 調(diào)試串口ttyS0（115200 8-N-1） |
根據(jù)EM3357的資源，英創(chuàng)公司給出了如下設(shè)計(jì)示例，能夠完全滿足國家電網(wǎng)的充電機(jī)技術(shù)規(guī)范：
| 項(xiàng)目 | 指標(biāo)要求 | EM3357接口資源 |
| CPU主頻 | TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8 800MHz | TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8 1GHz |
| 內(nèi)存 | ≥512MB，DDR2/DDR3 | 512MB，DDR3 |
| FLASH | ≥1GB，Nand Flash | 256MB-1GB，NandFlash |
| 外部存儲(chǔ) | 標(biāo)準(zhǔn)SD卡，支持最高16G。SD卡安裝方式：標(biāo)準(zhǔn)SD卡，外插式安裝 | 支持標(biāo)準(zhǔn)SD卡，fat格式，大小可以到2TB |
| 移動(dòng)通信 |
應(yīng)配置同時(shí)支持中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信4G/3G/2G的全網(wǎng)通通信模塊 4G/3G通信SIM卡通信方式：2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SIM卡插槽，支持外插式安裝。支持應(yīng)用軟件選擇使用其中任一SIM卡連接通信網(wǎng)絡(luò) |
EM3357有兩路標(biāo)準(zhǔn)的USB_HOST接口，并配有通用轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)，可以支持絕大部分的移動(dòng)通信模塊，只需要應(yīng)用程序上實(shí)現(xiàn)功能即可 |
| 定位 | 應(yīng)內(nèi)置支持北斗系統(tǒng)的定位模塊 | 使用EM3357上的串口（ttyS2）與定位模塊通信 |
| ESAM | 支持ESAM芯片。ISO7816協(xié)議 | 目前的ESAM芯片大多為SPI接口，可直接連接至EM3357的SPI接口（GPIO28 – GPIO31） |
| PSAM | 參考ESAM | |
| DO |
6路220V/5A； 繼電器隔離 |
DO×6 ->GPIO0-GPIO5隔離驅(qū)動(dòng)后控制繼電器 |
| DI |
6路，外部提供空節(jié)點(diǎn)。 內(nèi)部提供12V，光電隔離 |
DI×6 ->GPIO16-GPIO21光電隔離輸入 |
| 單色屏 | 并口8080總線 | 默認(rèn)配置為彩色屏，可以切換為單色屏，支持8080總線 |
| 鍵盤接口 | 鍵盤：4×4鍵盤，8路GPIO | 4×4鍵盤 ->使用I2C總線（GPIO22，GPIO23）在應(yīng)用底板上擴(kuò)展矩陣鍵盤，有現(xiàn)成的案例 |
| 觸摸彩屏接口 | LVDS接口（20線）。4線電阻觸摸屏接口。4線背光電源接口 | LVDS接口 ->轉(zhuǎn)換EM3357 CN3上的RGB信號(hào)至LVDS接口，CN3包含有4線制電阻觸摸屏接口信號(hào) |
| 掉電檢測 | 1路GPIO | 掉電檢測 ->GPIO26中斷輸入 |
| UART |
UART共7路： （1）RS232≥4路： RS232-01：Console口。 RS232-02：連接內(nèi)置或外置藍(lán)牙模塊； RS232-03：連接內(nèi)置北斗定位模塊； RS232-04：連接外置讀卡器。 （2）RS485≥1路： RS485-01：連接外置 （3）備用≥2路： RS232/485復(fù)用1：備用，接口類型可配置。 RS232/485復(fù)用2：備用，接口類型可配置 |
EM3357共有7+1路標(biāo)準(zhǔn)串口，配置如下： RS232-01 ->ttyS0，RS232電平 RS232-02->ttyS1 + RS232電平轉(zhuǎn)換 RS232-03 ->ttyS2 + RS232電平轉(zhuǎn)換 RS232-04 ->ttyS3 + RS232電平轉(zhuǎn)換 RS485-01 ->ttyS6,該串口復(fù)用(GPIO12, GPIO13)管腳 + 光電隔離RS485轉(zhuǎn)換 RS232/485復(fù)用1->ttyS4 + RS232 / RS485驅(qū)動(dòng)電路。 RS232/485復(fù)用2 ->ttyS7,該串口復(fù)用(GPIO14, GPIO15)管腳，+ RS232 / RS485驅(qū)動(dòng)電路。 注：ttyS5與can1復(fù)用管腳，不能引出，未用 |
| USB |
≥2路： USB-01：USBOTG，4G/3G網(wǎng)卡。在模塊內(nèi)部用于連接網(wǎng)卡。 USB-02：USBHOST，引出，USBA 接口。用于插入U(xiǎn)盤 |
EM3357有兩路USB_HOST: USB-01->USBH1，虛擬串口模式 USB-02->USBH2，USBTypeA接口插座 |
| CAN BUS |
≥2路： CAN-01：CAN2.0 B，125/250kbps，與充電控制器通信。 CAN-02：CAN2.0 B，125/250kbps，備用 |
EM3357擁有兩路獨(dú)立CAN BUS接口，與GPIO復(fù)用管腳。配置如下： CAN-01 ->can0 (GPIO8, GPIO9) + 光電隔離CAN驅(qū)動(dòng)電路 CAN-02 ->can1 (GPIO10, GPIO11) + 光電隔離CAN驅(qū)動(dòng)電路 |
| 網(wǎng)絡(luò) |
≥2路。10/100M，RJ45 RJ45-01：10/100M，用于連接上級系統(tǒng)。 RJ45-02：10/100M，備用 |
RJ45-01 ->eth0+ 網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45插座 RJ45-02 ->eth1+ 網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45插座 |
| 聲音 |
內(nèi)置功放，≥0.5W，標(biāo)準(zhǔn)3.5圓孔，立體聲。 蜂鳴器。 標(biāo)準(zhǔn)3.5mm音頻插口 |
音頻立體聲播放 ->USB_OTG作為HOST模式連接USB Audio模塊，由模塊輸出2路音頻模擬信號(hào)至喇叭。 蜂鳴器 ->GPIO27控制 |
| 時(shí)鐘 | RTC時(shí)鐘。具有掉電保持至少1年功能 | EM3357配有RTC功能，在底板上增加Li電池即可實(shí)現(xiàn)掉電保持 |
| 電源 |
輸入額定電壓：DC12V，輸入范圍DC9V-15V，具備反接保護(hù)。 額定功率：20W。 掉電保持時(shí)間≥15秒。 為讀卡器提供5V電源 |
應(yīng)用底板需實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換電路，為EM3357及驅(qū)動(dòng)電路供電。EM3357的額定功耗小于15W，其他驅(qū)動(dòng)電路耗電很低，可完全滿足低于20W的額定功率要求。 鑒于成本的考慮，15秒掉電保持功能由外部單元實(shí)現(xiàn) |
| 尺寸 | 不大于200mm×150mm×80mm | 底板尺寸定為200mm×150mm，其中EM3357（尺寸74mm×53mm）插在應(yīng)用底板上，電路板的總高度< 20mm，滿足規(guī)范要求 |
| 安裝 | 導(dǎo)軌式或螺絲直接固定安裝 | 機(jī)箱設(shè)計(jì)可保證安裝要求 |
| 軟件系統(tǒng) |
Linux內(nèi)核版本：3.14； GCC：gcc-linaro-4.9-2015.02； QT：4.8.6； 電阻式觸摸屏驅(qū)動(dòng)依賴庫：tslib-1.4 |
EM3357的內(nèi)核版本為Linux-4.1.6，支持所要求版本編譯器。Linux-4.1.6內(nèi)核支持QT：4.8.5 電阻式觸摸屏驅(qū)動(dòng)依賴庫：tslib-1.4 |
| 工作和存儲(chǔ)環(huán)境 |
濕度：5％～95％，無凝露。 工作溫度：-40℃～70℃ 存儲(chǔ)溫度：-40℃～85℃ |
EM3357工業(yè)級板卡的工作溫度為：-40℃～80℃ |
根據(jù)以上表格，為了方便客戶參考，繪制原理框圖如下所示：
原理框圖
綜上所述，利用EM3357，能夠方便快速的構(gòu)建符合國家電網(wǎng)充電機(jī)技術(shù)規(guī)范的應(yīng)用方案，并且可以根據(jù)客戶的需求，靈活的設(shè)計(jì)底板，構(gòu)建出具有自身特點(diǎn)的方案。
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