朱鹍
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800
【摘要】為解決小區(qū)電動(dòng)車充電難，不安全、不方便等問題，本文提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)車充電系統(tǒng)。系統(tǒng)通過傳感器采集數(shù)據(jù)，集成充電樁上傳的數(shù)據(jù)信息，并整合付費(fèi)Ic卡數(shù)據(jù)后，接入ziee網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而把充電樁統(tǒng)一管理起來，以此監(jiān)控刷卡消費(fèi)和電動(dòng)車電量使用情況，實(shí)現(xiàn)對小區(qū)充電樁及充值卡的集中管理，讓小區(qū)電動(dòng)車充電系統(tǒng)智能化。
【關(guān)鍵詞】傳感器；ZigBee；充電系統(tǒng)；電動(dòng)車
1引言
現(xiàn)今電動(dòng)車因環(huán)保、便捷、經(jīng)濟(jì)等特性在小區(qū)居民中使用十分廣泛，可隨之也出現(xiàn)了一些問題。目前小區(qū)居民深感電動(dòng)車充電不方便、不安全、費(fèi)用繳納明細(xì)不清晰，一些小區(qū)雖然安裝了充電樁，但是站點(diǎn)有限，管理不太方便且成本比較高。除此以外，小區(qū)內(nèi)電動(dòng)車大多要求在停車棚統(tǒng)一充電，采用刷卡或投幣消費(fèi)，在支付方式上存在著一定的局限和落后。因充電設(shè)備之間未聯(lián)網(wǎng)，用戶無法對卡余額實(shí)時(shí)查詢管理，因此電動(dòng)車充電設(shè)施的建設(shè)和完善越來越重要，在這種需求下，本文提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)車智能充電系統(tǒng)。
2需求分析
2．1功能需求分析
(1)需要對充電設(shè)備及電動(dòng)車運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測監(jiān)控，充電控制器通過ZigBee接入互聯(lián)網(wǎng)，管理員通過系統(tǒng)查看并將信息及時(shí)推送反饋給用戶。
(2)系統(tǒng)提供信息查詢，充電管控等功能，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，收集充電樁上傳的數(shù)據(jù)信息，把充電樁統(tǒng)一管理起來。
(3)系統(tǒng)要具有安全防護(hù)功能來保護(hù)充電樁設(shè)備，可通過實(shí)時(shí)檢測內(nèi)部溫度傳感器節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的信息，一旦充電樁運(yùn)行時(shí)遇到異常情況自發(fā)采取相應(yīng)防護(hù)措施并立即通知車主。
(4)充電時(shí)能夠定時(shí)充電，充滿自動(dòng)斷電，有效保護(hù)電動(dòng)車電池壽命，防止因電動(dòng)車充電造成的火災(zāi)。
(5)在智能充電樁終端內(nèi)嵌入安全芯片，“一終端一密鑰”，電動(dòng)車用戶在使用Ic卡付費(fèi)的過程中，個(gè)人信息將會(huì)得到加密處理。
(6)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)與微信對接，用戶在微信可查看消費(fèi)記錄，充電時(shí)也可在線支付，遠(yuǎn)程操控充電。
2.2性能需求分析
(1)即時(shí)性：
系統(tǒng)對電動(dòng)車的定位、信息獲取都應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)的實(shí)時(shí)性，一時(shí)間對客戶端顯示界面進(jìn)行刷新，為用戶提供實(shí)時(shí)性的服務(wù)。
(2)準(zhǔn)確性：
系統(tǒng)充電信息、電動(dòng)車用戶消費(fèi)充值信息顯示、緩存等流程或功能上均應(yīng)信息的準(zhǔn)確性。
(3)安全性：
在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程中應(yīng)進(jìn)行信息的校驗(yàn)和加密防止信息泄露，系統(tǒng)集成時(shí)應(yīng)對代碼進(jìn)行加密防止知識(shí)產(chǎn)權(quán)流失。
(4)性：
啟動(dòng)速度、界面切換速度、與服務(wù)器交互的網(wǎng)絡(luò)速度都要做到盡可能的快。
3相關(guān)技術(shù)
3．1技術(shù)應(yīng)用背景介紹
隨著互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)支付興起與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，可通過zig—bee網(wǎng)絡(luò)，把充電設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，并將電動(dòng)車充電系統(tǒng)與移動(dòng)支付結(jié)合。本文設(shè)想利用傳感器，對充電樁實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過該系統(tǒng)能夠有效管理小區(qū)內(nèi)電動(dòng)車的充電，具有定時(shí)充電，手機(jī)支付，充滿自動(dòng)斷電，隨時(shí)監(jiān)控充電狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，讓小區(qū)電動(dòng)車充電變得智能化、人性化。
3．2無線傳感網(wǎng)絡(luò)
Zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器，多個(gè)路由器，多個(gè)終端設(shè)備。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低成本的雙向無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。本系統(tǒng)采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要為搭建充電樁本地的無線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信。
3．3二維碼
用戶可以通過掃描充電點(diǎn)二維碼來充值繳費(fèi)，每個(gè)充電點(diǎn)的二維碼都是一的，用戶使用前掃描二維碼確定機(jī)器號(hào)后，付款購買充電時(shí)長成功后便可以使用該充電點(diǎn)充電。
4系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)
4．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)將通過布置在充電樁周圍的ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，把集成與智能傳感器裝入充電樁中，每一個(gè)充電樁作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)；安置一個(gè)無線通信設(shè)備，對充電樁狀態(tài)參數(shù)采集，每個(gè)電動(dòng)車設(shè)有一的ID標(biāo)識(shí)，傳感器可感知電動(dòng)車；通過擴(kuò)展多種傳感器，設(shè)計(jì)了充電樁自身的保護(hù)功能；通過充電用戶與充電樁的交互來實(shí)現(xiàn)用戶的身份識(shí)別功能，余額識(shí)別功能；電動(dòng)車成了物聯(lián)網(wǎng)一部分，系統(tǒng)就可對充電設(shè)備及電動(dòng)車運(yùn)行情況實(shí)時(shí)檢測監(jiān)控。
4．2功能模塊設(shè)計(jì)
4．2．1信息管理模塊
(1)用戶信息管理：
包括用戶基本信息，用戶消費(fèi)充值信息用戶信息修改查詢等；
(2)充電樁管理：
包括充電樁工作狀態(tài)信息，充電樁消費(fèi)歷史記錄，信息采集后經(jīng)系統(tǒng)處理存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中以供查詢。
(3)充值卡管理：
包括建立充值卡人員檔案信息；充值卡操作，提供充值卡開戶、銷戶、掛失、補(bǔ)卡等操作；充值卡充值，讀取充值卡信息，充值前，驗(yàn)證充值卡狀態(tài)是否正確。
4．2．2充電模塊
用戶使用微信小程序掃描插座上的二維碼獲得接入充電插座的ID，通過網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)前接入位置的充電服務(wù)，選擇充電時(shí)間或金額，微信支付完成充電命令經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器，即可充電。
4．2．3界面顯示模塊
界面顯示模塊是人機(jī)交互接口，在本系統(tǒng)中有登錄窗口、主界面窗口、開戶／銷戶／充值窗口、用戶個(gè)人信息查詢窗口、充值／消費(fèi)記錄查詢窗口等
4．2．4微信接口模塊
(1)智能充電樁具備地圖應(yīng)用功能，可以通過地圖查詢小區(qū)充電樁的位置信息。
(2)通過微信顯示智能充電樁的各種狀態(tài)如空閑、故障、正在使用、己預(yù)約等。
(3)系統(tǒng)具有充電結(jié)算功能，通過賬戶和微信賬戶等綁定，可定額、定量、定時(shí)等。
(4)實(shí)現(xiàn)對智能充電裝置的設(shè)置和控制，包括開始充電、取消預(yù)約、停止充電等。
(5)用戶可在微信上查詢個(gè)人信息，消費(fèi)充值記錄，充電數(shù)據(jù)詳情(次數(shù)、累計(jì))。
5后臺(tái)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程是在給定的DBMS中表達(dá)用戶的需求，并將其轉(zhuǎn)換為有效的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，構(gòu)成較好的數(shù)據(jù)庫模式的過程。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)兩部分。
5．1數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)是將需求分析階段得到的用戶需求和數(shù)據(jù)需求抽象為開發(fā)人員和用戶能夠理解的概念模型的過程。本系統(tǒng)中包含的實(shí)體主要有充電樁、電動(dòng)車、用戶、管理員、消費(fèi)記錄、充值記錄六個(gè)。各實(shí)體問的聯(lián)系如下：充電樁由管理員管理和用戶使用，電動(dòng)車屬于用戶，消費(fèi)記錄和充值記錄由用戶查看和管理員查看管理，用戶和充電樁之間通過刷卡掃碼等方式建立聯(lián)系，電動(dòng)車和充電樁之間通過充電活動(dòng)建立聯(lián)系。
5．2數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)是利用轉(zhuǎn)換規(guī)則將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為初始關(guān)系模式集，然后利用關(guān)系規(guī)范化理論對關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化。本系統(tǒng)中，各個(gè)實(shí)體表包括各個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字和屬性。用戶或管理員與消費(fèi)記錄為一對多聯(lián)系，用戶或管理員與充值記錄為一對多聯(lián)系，用戶與電動(dòng)車為一對多聯(lián)系，管理員與充電樁為一對多聯(lián)系，用戶與充電樁為多對多聯(lián)系，充電樁與電動(dòng)車為多對多聯(lián)系。充電表為充電樁和電動(dòng)車的中間表，主鍵由充電樁和電動(dòng)車的主鍵組合構(gòu)成。關(guān)系表中的每一個(gè)分量都不可分，所有的非主屬性依賴于其主關(guān)鍵字，且表中任意非主屬性都不傳遞依賴于主關(guān)鍵字。因此，該數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)滿足3NF。
6安科瑞電動(dòng)自行車充電樁系統(tǒng)
6.1系統(tǒng)概述
安科瑞電動(dòng)自行車充電樁通過GPRS模塊與云端進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱?dòng)自行車充電樁的日常狀態(tài)、充電過程進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)充電支付對接：支持投幣、刷卡、微信支付等多種支付方式，支付交*程的完整性，對充電過程中的異常情況進(jìn)行有效預(yù)警；實(shí)現(xiàn)對下游站級平臺(tái)的清算、對賬功能。平臺(tái)可對接消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、小程序等，提供相關(guān)異常數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車充電安全管理的網(wǎng)絡(luò)化、可視化。
6.2 平臺(tái)功能
① 安全預(yù)警
對平臺(tái)連接的所有充電樁狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，充電樁發(fā)生異常情況時(shí)可通過APP、短信及時(shí)向運(yùn)營人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。
② 交易結(jié)算管理
平臺(tái)為運(yùn)營方提供充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。
③ 充電服務(wù)
可通過軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態(tài)，并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電。
④ 運(yùn)營分析
對訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，通過柱狀圖、報(bào)表方式直觀展示數(shù)據(jù)，并支持和三方平臺(tái)對接。
⑤ 微信小程序
可通過微信小程序掃碼充電，充電賬單支付。運(yùn)營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理，監(jiān)測充電樁狀態(tài)和充電交易情況。
6.3 產(chǎn)品選型
7安科瑞汽車充電樁收費(fèi)系統(tǒng)
7.1平臺(tái)概述
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過微信小程序掃描二維碼進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車的充電過程。
充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營分析等功能。
7.2主要功能
①登錄
按不同角色和賬戶登錄
②實(shí)時(shí)監(jiān)控
☆地圖查詢
地圖查詢站點(diǎn)信息
☆充電站監(jiān)控
可以按站點(diǎn)名稱進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄
1、可以按充電槍編號(hào)、狀態(tài)、功率篩選充電槍列表
2、點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁面
3、可以批量遠(yuǎn)程設(shè)置充電槍的限制功率。
③交易管理
交易管理包括賬戶交易、訂單管理、交易記錄、財(cái)務(wù)報(bào)表等功能
④故障管理
故障管理包括故障記錄、故障處理、故障確認(rèn)、故障分析等功能
⑤微信小程序
微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示
授權(quán)登錄
主界面
7.3 產(chǎn)品選型
8結(jié)束語
本文在已有的電動(dòng)車智能充電裝置和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對小區(qū)電動(dòng)車智能充電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)需求分析和功能需求分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，利用MySQL完成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建；用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Zigbee網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等)完成系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。完善已有系統(tǒng)的不足，強(qiáng)化數(shù)據(jù)加密部分，**充電樁安全、有效運(yùn)行，注重人機(jī)交互，使用戶可以自行鑒權(quán)，實(shí)現(xiàn)充電樁智能化。
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作者簡介：朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)能源管控
安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司專注于變電所運(yùn)維云平臺(tái),安全用電管理云平臺(tái),環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)等, 歡迎致電 15000353138
