電動汽車快速充電機監(jiān)控終端的設計

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，實現(xiàn)對快速充電機的智能遠程管理，其監(jiān)控終端的設計是其中的關鍵技術。結合單片機STM32和實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，介紹了快速充電機監(jiān)控終端的整體設計方案，研究了大功率充電機CAN總線及GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送的協(xié)議制定及軟件設計方法，并對GPRS流量費用進行了經濟性分析。結果表明該監(jiān)控終端保證監(jiān)控網(wǎng)絡工作穩(wěn)定，實現(xiàn)對充電機的運行狀態(tài)的監(jiān)測及其遠程管理。

　　0引言

　　隨著國家對新能源技術的大力扶持，電動汽車逐漸成為國家在新能源汽車產業(yè)大力發(fā)展的對象，而電動汽車充電站、快速充電機是電動汽車大規(guī)?；蟛豢苫蛉钡姆栈A設施之一。大量分布于各住宅小區(qū)、停車場的電動汽車用非車載智能快速充電機，實現(xiàn)高效、安全、智能化的管理必定成為主流。針對目前快速充電機群實行無人值守的運行情況，這就要求快速充電機須具有較高的可靠性和自動化程度，功能更加完善，可遠程維護等功能。

　　這樣，使得分布式、模塊化、智能化成為快速充電機的發(fā)展方向，而高性能、低成本的充電機監(jiān)控終端是其中的關鍵技術。為管理區(qū)域多臺充電機的資源優(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)絡的整體方案

　　如圖1的充電機的監(jiān)控網(wǎng)絡結構圖所示，監(jiān)控終端作為充電機與監(jiān)控中心之間的一個重要網(wǎng)關。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(或電池管理系統(tǒng)(BMS)、電動汽車等)。

　　圖1 充電機監(jiān)控網(wǎng)絡結構圖

　　通過監(jiān)控終端作為媒介，實現(xiàn)了監(jiān)控中心與充電機及電動汽車的通信鏈路的建立。終端通過CAN網(wǎng)絡與充電機、BMS及電動汽車等相互通信，采集相關節(jié)點的數(shù)據(jù)信息并存儲，并將相關信息反饋給充電機。充電機根據(jù)相關信息從而實現(xiàn)電動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、電池、電動汽車等相關數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心實現(xiàn)對充電機的遠程控制和實時監(jiān)控功能，記錄充電機的運行及故障情況。車主可以由監(jiān)控中心查詢了解當前空閑的充電機位置，實現(xiàn)資源充分利用。

　　2監(jiān)控終端功能模塊

　　2.1監(jiān)控終端的總體設計

　　監(jiān)控終端是連接監(jiān)控中心與充電機的橋梁。其總體設計結構如圖2所示，監(jiān)控終端主要由Cortex-M3內核的STM32ZGT6的核心模塊、數(shù)據(jù)采集模塊(CAN網(wǎng)絡)、用戶計費交互信息模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、實時時鐘模塊和GPRS通信模塊6個部分所組成。終端采用Co-tex-M3內核的STM32ZGT6微處理器芯片。該單片機具有豐富的片上硬件資源，內含CAN 2.0B的控制器，以及多達4個串口，滿足終端CAN與GPRS網(wǎng)絡接口的需求。

　　圖2 監(jiān)控終端的結構框圖

　　監(jiān)控終端的工作流程如下：用戶計費模塊讀取用戶信息以及選擇充電模式，通過CAN網(wǎng)絡向充電模塊發(fā)送相應充電命令;同時監(jiān)控終端讀取CAN網(wǎng)絡中的關鍵數(shù)據(jù)幀如充電機的運行狀況等，并將數(shù)據(jù)保存于NandFlash中。

　　定時將當前充電用戶信息和充電機等運行參數(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用層的CAN總線協(xié)議。主要針對CAN 2.0B協(xié)議的報文ID進行了分配及定義。

　　如表1所示。

　　(1)優(yōu)先級確定。CAN協(xié)議規(guī)定報文ID越小，其報文的優(yōu)先級越高。在競爭總線時，優(yōu)先級高的報文優(yōu)先發(fā)送，優(yōu)先級低的退出總線競爭。CAN總線競爭的算法效率很高，是一種非破壞性競爭[3].因CAN協(xié)議規(guī)定標識符由高至低，前7位不能全為顯性位。所以優(yōu)先級1111b保留，故系統(tǒng)具有15級優(yōu)先級別。

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