電動(dòng)汽車(chē)快速充電機監控終端的設計

隨著(zhù)國家對新能源技術(shù)的大力扶持，電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為國家在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的對象，而電動(dòng)汽車(chē)充電站、快速充電機是電動(dòng)汽車(chē)大規?；蟛豢苫蛉钡姆?wù)基礎設施之一。大量分布于各住宅小區、停車(chē)場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)用非車(chē)載智能快速充電機，實(shí)現高效、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(shí)行無(wú)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(dòng)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、低成本的充電機監控終端是其中的關(guān)鍵技術(shù)。為管理區域多臺充電機的資源優(yōu)化利用與管理的智能化，監控終端與Internet網(wǎng)的交互成為一種必然。

1 監控網(wǎng)絡(luò )的整體方案

如圖1的充電機的監控網(wǎng)絡(luò )結構圖所示，監控終端作為充電機與監控中心之間的一個(gè)重要網(wǎng)關(guān)。其有效的通信鏈路有：監控中心-監控終端;監控終端-充電機(或電池管理系統(BMS)、電動(dòng)汽車(chē)等)。

通過(guò)監控終端作為媒介，實(shí)現了監控中心與充電機及電動(dòng)汽車(chē)的通信鏈路的建立。終端通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )與充電機、BMS及電動(dòng)汽車(chē)等相互通信，采集相關(guān)節點(diǎn)的數據信息并存儲，并將相關(guān)信息反饋給充電機。充電機根據相關(guān)信息從而實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)電池的智能充電。終端與監控中心之間是通過(guò)GPRS連接通信，終端將充電機、電池、電動(dòng)汽車(chē)等相關(guān)數據傳回監控中心，監控中心實(shí)現對充電機的遠程控制和實(shí)時(shí)監控功能，記錄充電機的運行及故障情況。車(chē)主可以由監控中心查詢(xún)了解當前空閑的充電機位置，實(shí)現資源充分利用。

2 監控終端功能模塊

2.1 監控終端的總體設計

監控終端是連接監控中心與充電機的橋梁。其總體設計結構如圖2所示，監控終端主要由Cortex-M3 內核的STM32ZGT6 的核心模塊、數據采集模塊(CAN 網(wǎng)絡(luò ))、用戶(hù)計費交互信息模塊、數據存儲模塊、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(gè)串口，滿(mǎn)足終端CAN 與GPRS 網(wǎng)絡(luò )接口的需求。

監控終端的工作流程如下：用戶(hù)計費模塊讀取用戶(hù)信息以及選擇充電模式，通過(guò)CAN 網(wǎng)絡(luò )向充電模塊發(fā)送相應充電命令;同時(shí)監控終端讀取CAN 網(wǎng)絡(luò )中的關(guān)鍵數據幀如充電機的運行狀況等，并將數據保存于NandFlash中。

定時(shí)將當前充電用戶(hù)信息和充電機等運行參數通過(guò)GPRS 發(fā)送到監控中心。監控終端可以根據用戶(hù)的需要，打印用戶(hù)的余額或收費憑據等。

2.2 CAN總線(xiàn)模塊

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

如表1 所示。

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

(2)類(lèi)型碼。協(xié)議將ID24~ID22 規定消息的類(lèi)型。

在本系統中，用到的消息類(lèi)型主要有：控制、狀態(tài)、測量、警告和廣播5 種類(lèi)型。根據將類(lèi)型碼的具體分配如表2所示。

(3)源地址。協(xié)議規定ID12~ID16 為源地址，ID17~ID21為目標地址，進(jìn)而標識報文的各接收節點(diǎn)與發(fā)送節點(diǎn)。5位地址位，保留11111b為廣播地址，可以確定31個(gè)控制節點(diǎn)，可滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電機的監控需求。在此系統中，定義00000b為監控終端，00001b為充電機節點(diǎn)，00010b為電池管理系統(BMS)節點(diǎn)。

(4)分段碼。因不同的節點(diǎn)所發(fā)送的數據量不同，可能會(huì )出現一個(gè)數據幀不能把從底層采集到的數據一次性發(fā)送完畢(即超過(guò)8 個(gè)字節的情況)。協(xié)議中將ID11~ID4定義為分段碼，如表