電動(dòng)汽車快速充電機(jī)監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)

　　摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，實(shí)現(xiàn)對(duì)快速充電機(jī)的智能遠(yuǎn)程管理，其監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合單片機(jī)STM32 和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，介紹了快速充電機(jī)監(jiān)控終端的整體設(shè)計(jì)方案，研究了大功率充電機(jī)CAN 總線及GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送的協(xié)議制定及軟件設(shè)計(jì)方法，并對(duì)GPRS流量費(fèi)用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析。結(jié)果表明該監(jiān)控終端保證監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)工作穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及其遠(yuǎn)程管理。

　　0 引言

　　隨著國(guó)家對(duì)新能源技術(shù)的大力扶持，電動(dòng)汽車逐漸成為國(guó)家在新能源汽車產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的對(duì)象，而電動(dòng)汽車充電站、快速充電機(jī)是電動(dòng)汽車大規(guī)模化后不可或缺的服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施之一。大量分布于各住宅小區(qū)、停車場(chǎng)的電動(dòng)汽車用非車載智能快速充電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效、安全、智能化的管理必定成為主流。針對(duì)目前快速充電機(jī)群實(shí)行無人值守的運(yùn)行情況，這就要求快速充電機(jī)須具有較高的可靠性和自動(dòng)化程度，功能更加完善，可遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。

　　這樣，使得分布式、模塊化、智能化成為快速充電機(jī)的發(fā)展方向，而高性能、低成本的充電機(jī)監(jiān)控終端是其中的關(guān)鍵技術(shù)。為管理區(qū)域多臺(tái)充電機(jī)的資源優(yōu)化利用與管理的智能化，監(jiān)控終端與Internet網(wǎng)的交互成為一種必然。

　　1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的整體方案

　　如圖1的充電機(jī)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖所示，監(jiān)控終端作為充電機(jī)與監(jiān)控中心之間的一個(gè)重要網(wǎng)關(guān)。其有效的通信鏈路有：監(jiān)控中心-監(jiān)控終端；監(jiān)控終端-充電機(jī)（或電池管理系統(tǒng)（BMS）、電動(dòng)汽車等）。

　　通過監(jiān)控終端作為媒介，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心與充電機(jī)及電動(dòng)汽車的通信鏈路的建立。終端通過CAN網(wǎng)絡(luò)與充電機(jī)、BMS及電動(dòng)汽車等相互通信，采集相關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息并存儲(chǔ)，并將相關(guān)信息反饋給充電機(jī)。充電機(jī)根據(jù)相關(guān)信息從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池的智能充電。終端與監(jiān)控中心之間是通過GPRS連接通信，終端將充電機(jī)、電池、電動(dòng)汽車等相關(guān)數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)充電機(jī)的遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，記錄充電機(jī)的運(yùn)行及故障情況。車主可以由監(jiān)控中心查詢了解當(dāng)前空閑的充電機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)資源充分利用。

　　2 監(jiān)控終端功能模塊

　　2.1 監(jiān)控終端的總體設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控終端是連接監(jiān)控中心與充電機(jī)的橋梁。其總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，監(jiān)控終端主要由Cortex-M3 內(nèi)核的STM32ZGT6 的核心模塊、數(shù)據(jù)采集模塊（CAN 網(wǎng)絡(luò)）、用戶計(jì)費(fèi)交互信息模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和GPRS通信模塊6個(gè)部分所組成。終端采用Co-tex-M3內(nèi)核的STM32ZGT6微處理器芯片。該單片機(jī)具有豐富的片上硬件資源，內(nèi)含CAN 2.0B的控制器，以及多達(dá)4 個(gè)串口，滿足終端CAN 與GPRS 網(wǎng)絡(luò)接口的需求。

　　監(jiān)控終端的工作流程如下：用戶計(jì)費(fèi)模塊讀取用戶信息以及選擇充電模式，通過CAN 網(wǎng)絡(luò)向充電模塊發(fā)送相應(yīng)充電命令；同時(shí)監(jiān)控終端讀取CAN 網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)幀如充電機(jī)的運(yùn)行狀況等，并將數(shù)據(jù)保存于NandFlash中。

　　定時(shí)將當(dāng)前充電用戶信息和充電機(jī)等運(yùn)行參數(shù)通過GPRS 發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控終端可以根據(jù)用戶的需要，打印用戶的余額或收費(fèi)憑據(jù)等。

　　2.2 CAN總線模塊

　　為了更好地保證CAN 總線可靠的傳輸，系統(tǒng)定義了一套通用的應(yīng)用層的CAN 總線協(xié)議。主要針對(duì)CAN 2.0B協(xié)議的報(bào)文ID進(jìn)行了分配及定義。

　　如表1 所示。

　?。?）優(yōu)先級(jí)確定。CAN協(xié)議規(guī)定報(bào)文ID越小，其報(bào)文的優(yōu)先級(jí)越高。在競(jìng)爭(zhēng)總線時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送，優(yōu)先級(jí)低的退出總線競(jìng)爭(zhēng)。CAN 總線競(jìng)爭(zhēng)的算法效率很高，是一種非破壞性競(jìng)爭(zhēng)[3].因CAN協(xié)議規(guī)定標(biāo)識(shí)符由高至低，前7位不能全為顯性位。所以優(yōu)先級(jí)1111b保留，故系統(tǒng)具有15級(jí)優(yōu)先級(jí)別。

　?。?）類型碼。協(xié)議將ID24~ID22 規(guī)定消息的類型。