基于EM3357工控主板的国网充电桩计费单元实现方案

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。

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：

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 800MHz	TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8 1GHz
内存	≥512MB，DDR2/DDR3	512MB，DDR3
FLASH	≥1GB，Nand Flash	256MB-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GPIO	4×4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：

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。