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1、 武汉理工大学毕业设计（论文） 电动汽车充电桩计费系统的IC卡读写子系统设计 学院（系）： 自动化学院 专业班级： 自动化专业1104班 学生姓名： 李振威 指导教师： 李道远 摘 要 电动汽车产业在国内外正处于蓬勃发展时期，因此与其配套的充电设施也受到了空前的关注。作为该产业链上的重要一环，电动汽车充电站在未来有非常大的发展前景。对于充电桩充电系统，它必须能够为电动车使用者提供安全性高、可信赖、方便快捷的充电服务。本文基于电动汽车充电站计费管理系统的需要，利用IC卡来进行读写子系统的方案设计。从实际应用的角度出发，使得设计出的IC卡读写子系统不仅方便用户进行使用，并且能与其它的充电站相适用。
2、方案不仅对IC卡读写子系统的硬件框架结构进行了详细描述，而且明确了各个部件的功能，提供了相应的IC卡读写以及计费方案。本文根据电动汽车充电桩的基本运营需要求，采用目前最流行CPU卡作为金融消费媒介。通过对充电桩系统软件和硬件的设计为消费者提供一整套刷卡充电消费服务。第一步，根据项目的应用需求对CPU卡的卡上文件系统进行设计。规划了CPU卡内部的安全体系和文件访问流程，并确定读卡器终端与卡片信息交互的方式，设计CPU卡的应用方案。第二步，系统的硬件采用ARM主控板，操作系统采用Linux嵌入式系统，在这个平台上对充电桩的IC卡应用进行方案设计，并编写充电桩刷卡消费应用程序。第三步，通过一系列的测
3、试来确保卡片能够正确识别，对用户身份进行认证，实现正确计费和对意外情况处理进行处理等功能。关键词：充电桩；计费系统；CPU卡；ARM IAbstract Electric car industry at home and abroad is in a boom period, and therefore its supporting charging facilities have also been unprecedented attention. As an important part of the industry chain, electric car charging statio
4、ns have a very big future prospects. Charging system for charging pile, it must be able to provide users of electric vehicles safe, reliable, convenient and efficient charging service. Based on the needs of electric vehicle charging station billing management system, the use of IC card reading and w
5、riting subsystem design. From a practical point of view, making the design of the IC card reader subsystem is not only user-friendly to use, and with other charging stations with applicable. Program not only for the IC card reader subsystem hardware framework is described in detail, but clearly the
6、function of each part, to provide the corresponding IC card reading and writing as well as the accounting scheme.According to the basic operations of electric car charging pile request, using the most popular consumer CPU card as a financial intermediary. By charging point system design software and
7、 hardware to provide consumers with a set of credit card charge consumer services. The first step, according to the application requirements of the project for the CPU card card file system design. Planning the internal CPU card security system and file access process and to determine the terminal c
8、ard information reader interacts with the design of the CPU card applications. The second step, the hardware system adopts ARM MPU, the operating system uses the Linux embedded system on this platform charging pile of IC card application design, and write consumer credit card charge pile application
9、s. The third step, through a series of tests to ensure that the card can be identified correctly, the user identity authentication, to achieve the correct billing and processing of unforeseen circumstances processing functions.Keywords: charging pile; billing system; CPU card; ARM 目 录摘 要IAbstractII第
10、1章 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究现状11.3 课题研究的意义21.4 研究内容及章节安排2第2章 硬件构成42.1主控单元硬件环境搭建42.2 CPU卡应用系统的硬件设计5第3章IC卡设计原理73.1 IC卡选型73.2 FM1208CPU卡简介83.3 卡内操作系统FMCOS93.4 卡内文件系统103.4.1 CPU卡的文件类型113.4.2 文件空间结构123.4.3 文件的访问方式133.4.4 文件标识符与文件名称143.5 FMCOS的安全体系153.5.1 安全状态153.5.2安全属性163.5.3安全机制163.5.4安全算法17第4章 数据传输的加密技术
11、184.1 加密算法基础184.2 加密算法分类184.3 DES及MAC20第5章 充电桩CPU卡计费实现225.1 CPU卡计费方案设计225.2 CPU卡应用计费应用设计与实现225.2.1 嵌入式Linux操作系统移植225.2.2 ZM703读写模块数据传输协议245.2.3CPU卡基本操作命令245.2.4 CPU卡初始化及应用过程所需指令255.3 CPU卡应用计费应用程序设计与实现27第6章 结论与展望296.1 工作总结296.2 研究展望29参考文献30致 谢31附 录32II武汉理工大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究背景 由于我国国民经济的迅速发展，人民的生
12、活水平也不断提高，机动车保有量的增长速度最近几年一直处在世界领先的地位。造成这种局面有多方面的原因。首先,我国做为一个缺油的大国,随着国内汽车保有量的增加,对于石油的需求越来越大。然而国内的石油储藏量以及开釆量不能够自给自足,这些不足的部分大体上都是通过从国外进口来满足,进口的石油量逐年递增。作为不可再生资源的石油,迟早会变得枯竭。其次,汽车工业这几年由于国家的支持一直在高速发展,大气环境也被汽车尾气污染严重,也成为危及中国国家安全的因素之一。 新能源汽车已经成为一个受人关注的热点,而电动汽车则是新能源汽车中最引人注目的。它的动力系统全部或部分由电能驱动,它用电能代替石油,从而实现汽车尾气零排
13、放,并且噪声极低,可以作为解决交通、能源和环境问题的一种重要手段。作为新能源车辆主力的电动汽车应该尽快得到推动,这对于节能减排和能源安全方面意义重大。电动汽车最关键的部分就是充电系统，当耗完充电电池内部的电能后，就必须通过充电系统对蓄电池进行再充电。因此,实现电动汽车产业化和推广普及的关键条件就是电动汽车充电站的建设。在日本和欧美等发达国家,电动汽车的开发与制造是同时进行的。所以我国必须加快推动电动汽车试点工程和电动汽车公共充电站的建设，积累电动汽车的推广和使用经验。电动汽车的推广使用是当前最重要的事，电动汽车充电站以及计费管理系统的开发必须尽快进行。1.2 国内外研究现状电动汽车充电站的服务
14、对象是电动汽车，因此电动汽车的发展动态直接影响电动汽车充电站的发展趋势与前景。只有电动汽车的规模得到扩大，电动汽车充电站才能够获得经济效益，因此简单的介绍一下电动汽车的发展现状非常必要。 最近几年，能源危机和环境污染正在加剧，世界各国电动汽车的研发方兴未艾。美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关配套设施厂商进行电动汽车技术的开发。 我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。2009年3月20日,中国汽车产业正式发布调整和振兴规划。规划中称,国家将实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。 目前研发建设的电动汽车充电桩的经营模式有两种：一
15、种是以充电站的形式建立充电桩一后台实时管理系统，通过这个后台系统进行综合计费管理；另一种则是以充电桩独立结算的方式进行消费过程管理。对客户信息进行辨别是这两种计费模式的共同特征，这个过程由IC卡读卡器对用户卡进行辨识；充电桩嵌入式主控系统接收通过读卡器和串口通信反馈的卡内信息。需要的信息经过主控系统处理之后，充电条件得到满足则进入充电过程；当充电过程结束之后，反馈信息通过以太网通讯与后台PC监控系统进行交互，充电桩运行信息和客户消费信息则上传到后台PC的数据库存储起来。 法国是最先提出智能化IC卡的概念的国家，欧美等发达国家迅速对其进行了大量研究，因此欧美地区的智能卡芯片及卡片成品己经发展得相当成熟。智能IC卡在世界范围内也得到普遍应用。 我国八十年代开始引入并使用IC卡，在公共交通、水电煤气收费等众多社会领域中IC卡得到普遍应用，现代化建设也因此得到了极大的促进。IC卡也因其安全可靠、稳定耐
