技术摘要：
本发明公开了一种直流充电桩控制器及其控制方法，该控制器包括主控芯片、FPGA芯片及内部数字逻辑模块、以太网接口、充电枪A控制电路、充电枪B控制电路、充电枪C控制电路、充电枪D控制电路、触摸显示屏通信接口电路、IC卡通信接口电路、供电电路；该控制器的控制方法包  全部
背景技术：
直流充电技术采用高压、大电流的充电方式；为了保证充电作业安全，现有的国标 中规定了相关的控制流程及保障措施；如连接检测、充电枪电子锁、绝缘监测措施、残余电 压泄放、  充电控制等；在实际研发设计时其主控制器不仅要实现国标中规定的相关控制要 求，同时为了满足实际应用的需求还需要实现如电表控制通信、充电模块控制通信、以太网 通信、风扇控制、辅助电源输出控制等功能；现有的直流充电桩主控制板大多数采用嵌入式 处理器（单片机）为主，由于控制外设较多对处理器性能及接口资源要求较高，对于一般的 32位单片机要实现多枪并充的方式需要多个处理器协同工作，造成控制电路复杂，集成度 低；此外，处理器主控制程序中处理逻辑相对复杂，可能引起未知错误，造成充电过程中主 控制器死机等现象。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明一种直流充电桩控制器及其控制方法，该控制器 由FPGA、单片机以及外围电路组成，充分发挥FPGA逻辑控制及多接口优势，减少使用单片机 外设接口使用，进一步减轻单片机程序处理负担，实现了四枪并充，提高了控制器的集成 度，解决了现有控制器电路复杂，集成度低，处理逻辑复杂易导致死机的问题。 为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案： 一种直流充电桩控制器包括主控芯片、FPGA芯片、以太网接口、充电枪A控制电路、充电 枪B控制电路、充电枪C控制电路、充电枪D控制电路、触摸显示屏通信接口电路、IC卡通信接 口电路、供电电路；所述的充电枪A控制电路、充电枪B控制电路、充电枪C控制电路、充电枪D 控制电路、触摸显示屏通信接口电路、IC卡通信接口电路分别与FPGA芯片电连接；所述的 FPGA芯片与主控芯片通过中断0、中断1、中断2、中断3信号线以及通信总线电连接；所述的 以太网接口与主控芯片电连接；所述的供电电路为各芯片及电路供电； 进一步的，所述的充电枪A控制电路、充电枪B控制电路、充电枪C控制电路、充电枪D控 制电路包括输出控制电路、电表通信接口电路、绝缘监测模块通信电路、充电模块通信接口 电路、充电通信接口电路、CC1检测电路；所述的输出控制电路有九组控制通道，第一组控制 运行指示灯，第二组控制故障指示灯，第三组控制散热风机，第四组及第五组分别控制辅助 电源的切换及输出，第六组控制充电枪输出，第七组控制泄放回路的投切，第八组及第九组 控制充电枪电子锁上锁、解锁；。 所述的FPGA芯片的I/O端口通过中断0、中断1、中断2、中断3信号线以及通信总线 与主控芯片的EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3中断信号输入端口以及FSMC接口电连接；所述的 以太网接口包括以太网PHY芯片、以太网接头；主控芯片的RMII接口与以太网PHY芯片电连 5 CN 111717059 A 说　明　书 2/8 页 接，以太网PHY芯片与以太网接头电连接；所述的供电电路包括AC-DC模块、DC-DC隔离模块 A、电压转换芯片A、电压转换芯片B、DC-DC隔离模块B；所述的AC-DC模块接入AC220V，其输出 端与DC-DC隔离模块A、DC-DC隔离模块B输入端连接；DC-DC隔离模块A输出端与电压转换芯 片A、电压转换芯片B输入端连接；所述的DC-DC隔离模块A的输出端、电压转换芯片A的输出 端、电压转换芯片B的输出端、DC-DC隔离模块B的输出端共地； 所述的输出控制电路包括继电器、驱动芯片、隔离芯片，FPGA芯片的I/O端口与隔离芯 片一端连接，  隔离芯片另一端与驱动芯片一端连接，驱动芯片另一端与继电器线圈端连 接，通过上述连接方式形成九组继电器输出控制通道； 所述的电表通信接口电路、触摸显示屏通信接口电路、IC卡通信接口电路均包括RS232 接口芯片、隔离芯片，FPGA芯片的I/O端口与隔离芯片一端连接，隔离芯片另一端与RS232接 口芯片一端连接； 所述的绝缘监测模块通信电路包括RS485接口芯片、隔离芯片，FPGA芯片的I/O端口与 隔离芯片一端连接，隔离芯片另一端与RS485接口芯片一端连接； 所述的充电模块通信接口电路、充电通信接口电路均包括CAN接口芯片、隔离芯片，所 述的FPGA芯的I/O端口与隔离芯片一端连接，隔离芯片另一端与CAN接口芯片一端连接； 所述的CC1检测电路包括V/F转换芯片、隔离芯片，所述的FPGA芯片的I/O端口与隔离芯 片一端连接，隔离芯片另一端与V/F转换芯片一端连接； 进一步的，所述的FPGA芯片内部数字逻辑包括充电枪A信号处理模块、充电枪B信号处 理模块、充电枪C信号处理模块、充电枪D信号处理模块、IC卡信号处理模块、触摸屏信号处 理模块；所述的充电枪A信号处理模块、充电枪B信号处理模块、充电枪C信号处理模块、充电 枪D信号处理模块、IC卡信号处理模块、触摸屏信号处理模块连接有地址信号线、数据信号 线、写控制信号线、读控制信号线、CLK时钟信号线；所述的地址信号线、数据信号线、写控制 信号线、读控制信号线、CLK时钟信号线构成通信总线与主控芯片的FSMC接口连接；所述的 充电枪A信号处理模块、充电枪B信号处理模块、充电枪C信号处理模块、充电枪D信号处理模 块分别输出中断0信号、中断1信号、中断2信号、中断3信号与主控芯片的EXTI0、EXTI1、 EXTI2、EXTI3中断信号输入端连接； 所述的充电枪A信号处理模块、充电枪B信号处理模块、充电枪C信号处理模块、充电枪D 信号处理模块的内部数字逻辑包括频率计数器模块、CAN总线接口A模块、CAN总线接口B模 块、UART接口A模块、UART接口B模块、输出控制模块；所述的频率计数器模块采集CC1检测电 路的输出信号，频率计数器模块内设置发送FIFO模块；所述的CAN总线接口A模块与充电模 块通信接口电路连接通信，CAN总线接口A模块内设置发送FIFO模块和接收FIFO模块；所述 的CAN总线接口B模块与充电通信接口电路连接通信，CAN总线接口B模块内设置发送FIFO模 块和接收FIFO模块；所述的UART接口A模块与电表通信接口电路连接通信，UART接口A模块 内设置发送FIFO模块和接收FIFO模块；所述的UART接口B模块与绝缘监测模块通信电路连 接通信，UART接口B模块内设置发送FIFO模块和接收FIFO模块；所述的输出控制模块与输出 控制电路控制连接，输出控制模块内设置状态寄存器； 所述的触摸屏信号处理模块是带有发送FIFO模块和接收FIFO模块的UART接口C模块， UART接口C模块与触摸显示屏通信接口电路连接通信；所述的IC卡信号处理模块是带有发 送FIFO模块和接收FIFO模块的UART接口D模块，UART接口D模块与IC卡通信接口电路连接通 6 CN 111717059 A 说　明　书 3/8 页 信； 所述的地址信号线与读控制信号线做逻辑与运算后分别与频率计数器模块、CAN总线 接口A模块、CAN总线接口B模块、UART接口A模块、UART接口B模块、触摸屏信号处理模块、IC 卡信号处理模块的发送FIFO模块的读数据使能端连接； 所述的地址信号线与写控制信号线做逻辑与运算后分别与CAN总线接口A模块、CAN总 线接口B模块、UART接口A模块、UART接口B模块、触摸屏信号处理模块、IC卡信号处理模块的 接收FIFO模块的写数据使能端以及输出控制模块的状态寄存器的写数据使能端连接； 所述的数据信号线与频率计数器模块、CAN总线接口A模块、CAN总线接口B模块、UART接 口A模块、UART接口B模块、触摸屏信号处理模块、IC卡信号处理模块的发送FIFO模块的数据 输出端及CAN总线接口A模块、CAN总线接口B模块、UART接口A模块、UART接口B模块、触摸屏 信号处理模块、IC卡信号处理模块的接收FIFO模块的数据输入端及控制模块的状态寄存器 的数据输入端连接； 所述的CLK时钟信号线与频率计数器模块、CAN总线接口A模块、CAN总线接口B模块、 UART接口A模块、UART接口B模块、触摸屏信号处理模块、IC卡信号处理模块的发送FIFO模块 的读数据时钟端及CAN总线接口A模块、CAN总线接口B模块、UART接口A模块、UART接口B模 块、触摸屏信号处理模块、IC卡信号处理模块的接收FIFO模块的写数据时钟端及控制模块 的状态寄存器的写数据时钟端连接； 进一步的，所述的频率计数器模块的发送FIFO模块的读满标志位输出形成中断信号。 一种使用上述直流充电桩控制器的控制方法，包括， 步骤S1：初始化EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3中断和以太网接口以及FSMC接口； 步骤S2：进入主控程序，循执行触摸屏控制步骤S21、IC卡控制步骤S22、充电控制步骤 S23、以太网通信步骤S24； 步骤S3：当EXTI0、EXTI1、EXTI2、EXTI3中断信号触发，执行中断0/1/2/3子程序，执行完 成后返回步骤S2； 所述的步骤S3中，当有中断信号触发时，主控芯片通过FSMC接口对相应充电枪信号处 理模块的频率计数器模块执行FSMC读指令，获取CC1状态数据，返回骤S2；当CC1电压状态为 4V时，开始执行充电控制步骤S23中充电枪电子锁上锁、辅助电源输出控制步骤，辅助电源 输出控制步骤执行完成后，向充电汽车发送握手报文，握手报文发送完成后并成功接收来 自充电汽车的返回报文，开始执行绝缘监测、电压泄放步骤，电压泄放完成向充电汽车发送 报文确认，充电汽车返回报文确认，确认完成后执行闭合上电步骤，开始向充电汽车输出电 能；充电时，根据充电汽车的报文数据，主控芯片与充电模块通信执行电流调节步骤并实时 读取电表数据；当充电汽车返回报文结束充电，依次执行断电停止、电压泄放、切断辅助电 源输出、电子锁解锁步骤；所述的触摸屏控制步骤S21包括执行读取操作人员对触摸屏输入 操作指令数据以及向触摸屏写入充电状态信息数据；输入操作指令数据包括开始充电、充 电结束；充电状态信息包括充电预备、正在充电、充电结束状态；所述的IC卡控制步骤S22包 括对IC卡信息的读写操作、扣费、余额判断；所述的以太网通信步骤S24包括电表数据、充电 状态信息的发送，接收来自互联网充电启停指令数据。 优选的，在执行触摸屏控制步骤S21、IC卡控制步骤S22、充电控制步骤S23时，主控 芯片与外界通信均通过对FSMC接口进行读/写操作完成。 7 CN 111717059 A 说　明　书 4/8 页 优选的，所述的充电控制步骤S23中设置充电状态变量，充电状态变量根据充电汽 车的报文、IC卡信息、互联网充电启停指令、触摸屏的输入操作实时改变；充电控制步骤S23 根据充电状态变量执行闭合上电、断电停止步骤；以太网通信步骤S24根据充电状态变量对 发送的充电状态信息实时更新；触摸屏控制步骤S21根据充电状态变量对写入的充电状态 信息数据实时更新。 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果： 本发明为直流充电桩提供了一套由FPGA、单片机以及外围电路组成的新解决方案，  FPGA内部设置的每一组充电枪信号处理模块控制一条充电枪充电工作，通过地址信号配合 读控制、写控制信号实现对不同的模块数据的读写，完成相应外设的控制及通信，实现一体 式直流充电桩四个充电枪并充作业，充分发挥FPGA逻辑控制资源及多接口优势，减少使用 单片机外设接口使用，进一步减轻单片机程序处理负担，提高了控制器的集成度及主控程 序运行效率。 附图说明 图1是本发明一种直流充电桩控制器组成框图； 图2是本发明一种直流充电桩控制器的充电枪A/B/C/D控制电路的组成框图； 图3是本发明一种直流充电桩控制器的主控芯片、FPGA芯片、以太网接口电路连接图； 图4是本发明一种直流充电桩控制器的供电电路连接图； 图5是本发明一种直流充电桩控制器的充电枪A/B/C/D控制电路的电路连接图； 图6是本发明一种直流充电桩控制器的触摸屏和IC卡通信接口电路的电路连接图； 图7是本发明一种直流充电桩控制器的FPGA芯片内部数字逻辑模块连接结构图； 图8是图7中充电枪A/B/C/D信号处理模块的数字逻辑连接结构图； 图9是图7中IC卡信号处理模块及触摸屏信号处理模块的数字逻辑连接结构图； 图10是本发明一种直流充电桩控制器的控制方法总体执行步骤； 图11是图10中步骤S2、S3的控制流程框图；